Разряд в газах среднего и высокого давления в квазиоптическом пучке электромагнитных волн СВЧ диапазона

2
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.........................................................6
1. Предмет исследований, обзор литературы.„.......................6
2. Цели исследований............................................10
3. Положения, выносимые на защиту................................10
і ' 4. Формальные основания представления диссертации...............12
5.'Личный вклад автора и публикации..............................15
6. Структура диссертации.........................................17
Список публикаций соискателя но теме диссертации................20
Список обозначений...............................................29
ГЛАВА 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ..............................31
1.1. Установка И-8 с импульсным сфокусированным излучением на длине волны Х=8:9сш.................................................. 32
1.2. Установка ИР-8 с импульсным излучением на длине волны А=8.9ст в открытом резонаторе..........................................36
1.3. Установка И-2 с импульсным сфокусированным излучением на длине волны \=2.5 сш.................................................. 38
1.4. Установка СЗ-12 с квазинепрерывным излучением на длине волны Х.=12.5сш и сверхзвуковым потоком................................42
1.5. Установка ДЗ-12 с квазинепрерывным излучением на длине волны Х=12.5 сш и дозвуковым потоком...................................47
1.6. Установка ИР-4 с импульсным излучением на длине волны Х=4.3ст в открытом резонаторе..........................................51
♦
ГЛАВА 2. БЕЗЭЛЕКТРОДНЫЙ СВОБОДНЫЙ РАЗРЯД В НАДКРИТИЧЕСКОМ СВЧ ПОЛЕ................................................56
4 %
2.1. Виды свободно локализованного электрического разряда в воздухе при средних давлениях (у/ф~1), ^=8.9см.........................57
2.2. Динамика развития пространственной структуры безэлсктродного СВЧ разряда ...........................................59
2.3.Средняя но объему электронная концентрация плазмы различных видов свободно локализованного СВЧ разряда...................62
2.4. Диффузный этап развития безэлектродного СВЧ разряда в воздухе среднего давления..............................................65
з
2.5. Переходный этап развития бсзэлектродного СВЧ разряда от диффузного к стрингерному......................................69
2.6. О ионизацнонно-перегрсвной неустойчивости разрядной плазмы в СВЧ поле..............................................72
2.7. Свободно локализованный СВЧ разряд в водороде в поле «бегущей» ЭМ волны.............................................79
2.8.3онднрование области свободно локализованного СВЧ разряда слабой ударной волной..........................................81
Выводы....................................................87
ГЛАВА 3 .НАДКРИТИЧЕСКИЙ ИМПУЛЬСНЫЙ БЕЗЭЛЕКТРОДНЫЙ СВОБОДНЫЙ СВЧ РАЗРЯД В ГАЗАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ В КВАЗИОПТИЧЕСКОМ ОТКРЫТОМ РЕЗОНАТОРЕ.....................................................89
ЗЛ.Двухзеркальный квазноптнчсскнй открытый резонатор 89
3.2. Пробой воздуха в нарастающем СВЧ поле................97
3.3. Разряд в воздухе атмосферного давления..............101
3.4. Порог кумулятивного резонансного стрингерного разряда в воздухе и водороде высокого давления..........................105
3.5. СВЧ разряд в атмосферном воздухе в фокусе двухзеркального резонатора с длиной волны генератора А.=4.3см.................109
3.6. Магнитогидродинамические неустойчивости стримерного СВЧ разряда в условиях магнитного самосжатия......................115
Выводы...................................................122
ГЛАВА 4. ИНИЦИАЦИЯ ПРОБОЯ ГАЗА ПРИ ПОДКРИТИЧЕСКОМ УРОВНЕ СВЧ ПОЛЯ................................124
4.1 .Высокочастотный пробой воздуха в присутствии металлического шарика.........................................124
4.2.Высокочастотный пробой воздуха в присутствии резонансного прямолинейного вибратора......................................129
4.3. СВЧ пробой воздуха, инициированный электромагнитным вибратором малой длины........................................132
4.4.Инициация разряда кольцевым вибратором...................134
Выводы.......................................................136
ГЛАВА 5. ПОДКРИТИЧЕСКИЙ СВЧ РАЗРЯД...........................137
5.1. Исследование динамики развития подкритического разряда во времени...........................................................137
Начальным этап инициации....................................137
Развитие стримсрнон структуры...............................144
5.2. Зависимость пространственной структуры инициированного СВЧ разряда в воздухе от давления.................................147
5.3. Скорость развития инициированного СВЧ разряда в воздухе 156
5.4.Инициированный СВЧ разряд в сверхзвуковом потоке воздуха
160
Стримсрный подкритичсскии разряд в СЗ потоке, Х=8.9ст.......160
Стримсриыи подкритическнй разряд и потоке, Х=2.5ст..........167
5.5. Подкритическнй инициированный СВЧ разряд в различных газах.............................................................170
5.6. Особенности структурообразования стримерного подкритического разряда...........................................175
Выводы.......................................................177
ГЛАВА 6. ГЛУБОКО ПОДКРИТИЧЕСКИЙ СВЧ РАЗРЯД 179
6.1. Глубоко подкритическнй СВЧ разряд в сверхзвуковой струе воздуха...........................................................181
6.2. Глубоко подкритичсскии СВЧ разряд в затопленной струе пропан-воздушиой смеси............................................192
6.3. Глубоко подкритическнй СВЧ разряд в квазиоптическом ЭМ пучке, инициированный кольцевым вибратором........................200
Выводы.......................................................205
ГЛАВА 7. ИНИЦИИРОВАННЫЙ ПОВЕРХНОСТНЫЙ СВЧ РАЗРЯД В ПОЛЕ СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ.......................................206
7.1. Влияние поверхности на условия пробоя...................207
Эксперименты па длине иолиы 8.9 см..........................207
Эксперименты на длине волны 2.5см...........................210
5
7.2 Исследование свойств инициированного поверхностного СВЧ разряда 210. •
Эксперименты па длине волны 8.9 см......................................210
Эксперименты на длине волны 2.5см.......................................217
7.3.Влияние материала диэлектрика на распространение поверхностного стримерного разряда.............................................222
Выводы....................................................... 223
ГЛАВА 8. ОБЛАСТИ РЕАЛИЗАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ РАЗРЯДА В КВАЗИОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПУЧКАХ СВЧ ИЗЛУЧЕНИЯ:........................;........................................225
8.1. Области существования различных видов СВЧ разрзща при Я.=8.9сш.......................................................................225
8.2. Области реализации различных видов СВЧ разряда при А=2.5ст........................................................................228
Выводы....................................................................231
ГЛАВА 9. ЭКСПЕРИМЕНТЫ В ИНТЕРЕСАХ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ СВЧ РАЗРЯДОВ СТРИМЕРНОГО ВИДА.......................................233
9.1.Плазменное горение....................................................233
Поджиг горючей смеси импульсным стримерным разрядом.....................235
Поджиги поддержание горения непрерывным глубоко подкритичеекпм разрядом.236
Пилотная горелка........................................................241
9.2.Плазменная аэродинамика...............................................243
Выводы....................................................................248
ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................249
Список цитируемой литературы.............................................253>
Введение
1. Предмет исследований, обзор литературы
Успехи в создании генераторов мощного СВЧ излучения и развитие средств радиолокации в сороковых годах 20-го века породили новое научное направление - физику газового разряда в электромагнитном поле СВЧ диапазона. Исследования были связаны с проблемой прочности волноводных трактов и созданием коммутирующих элементов в антенных переключателях. В связи с развитием космической техники проводились исследования электрической прочности антенных систем высоколетающих аппаратов.
В начале второй половины прошлого столетия была сформулирована идея, связанная с дальней передачей энергии с помощью мощного СВЧ излечения. К исследованиям в рамках специальной программы научных исследований был привлечен ряд организаций. Важное место в этой программе занимали исследования газоразрядных явлений в мощном потоке СВЧ излучения и, в частности, разряд в фокусе СВЧ излучения, названный впоследствии свободным.
По-видимому, впервые свободный безэлектродный разряд в фокусе СВЧ излучения, удаленный от излучателя и каких-либо других элементов конструкции, был получен в 1959 году в СССР при исследовании проблемы газоразрядной безопасности бортовых антенн высоколетающих объектов [1, 2]. Фотография этого разряда, полученного в фокусе СВЧ излучения, приведена на Рис.1. Фокусировка излучения осуществлялась с помощью
Puai.Фотография свободно локализованного разряда в фокусе СВЧ излучения, длина волны Х=3ст, давление воздуха - 3 Torr
7
Схема реализации свободного безэлектродного СВЧ разряда, примененная в этом эксперименте, показана на Рис.2. Она стала типичной во всех последующих исследованиях. Вместо линзы применялись также и вогнутые металлические зеркала.
Рис.2. Схема реализации свободно локализованного СВЧ разряда. I -СВЧ генератор, 2 - элементы формирования сфокусированного излучения у 5- разряду 4 - вакуумная камера.
Электромагнитные колебания, создаваемые генератором 1, с помощью антенной системы 2 излучаются в виде сходящегося квазиоптического пучка с образованием фокуса 3. Термин «квазиоптический пучок» подразумевает, что в направлениях, поперечных вектору распространения ЭМ поля, он имеет характерный размер в несколько полуволн. В безэховой камере 4, откачиваемой до заданного давления, в фокусе, где амплитуда электрического поля максимальна, возникает разряд.
Несколько позднее в 1962 году независимо был получен разряд в фокусе излучения на длине волны 3 cm в аргоне при мощности генератора 2 kW [3].
В число основных организаций, привлеченных к исследованиям разряда в потоке мощного СВЧ излучения, входили НИИ Радиоприборостроения (г.Москва), ФГУП «МРТИ РАН» (г.Москва), ИОФ РАН (г.Москва), ИПФ РАН (Нижний Новгород), МГУ им. М.В.Ломоносова, МГТУ им. Н.Э.Баумана (г.Москва), ОИВТ РАН (г.Москва), ФТИ им.
А.Ф.Иоффе (Санкт-Петербург). В этих институтах были созданы специализированные установки, среди которых особо можно отметить уникальную по своим параметрам многофункциональную установку ДОР-2 [4], на которой были получены важные данные о свободных разрядах в фокусе излучения с длиной волны 4.3cm.
К началу 90-х годов был накоплен большой массив наблюдательных и теоретических данных о свободном разряде в СВЧ волновых полях в диапазоне длин волн 0.8-Ч0ст, давления 0,1-*-760 Torr, длительности импульса излучения R800 ps, и плотности потока энергии в фокусе 101 -И О5 W/cm“. Результаты исследований нашли отражение в обзорных работах, монографиях и сборниках [5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12].
Полученные сведения коротко можно свести к следующему.
8
Для разных длин волн сантиметрового диапазона получены
зависимости пробойного уровня поля от давления, длительности.импульса, при программированном воздействии и пр. [13]. Полученные данные не противоречат данным, приведенным в работе [14].
Определена зависимость скоростей реакций ионизации электронным ударом и других важных констант в СВЧ поле от параметра Е/р [15, 16], где Е - амплитуда колебаний электрического поля, р - давление газа
(преимущественно воздуха) при комнатной температуре.
Вид разряда сильно меняется в зависимости от давления газа и
длительности импульса. ' С ростом давления разряд при длительности импульса короче 100 рэ меняется от диффузного в виде почти однородных плазмоидов, возникающих в максимумах поля в районе фокуса, к многоплазмоидному [17] и далее к многонитевому [18, 19]. Граничные значения давления, разделяющие типы разрядов, тем выше, чем короче длина волны, и зависят от сорта газа.
• Названные типы разрядов проявляются в различных газах, что свидетельствует об универсальности механизмов развития разряда.
Происхождение филаментации диффузионного разряда связывается с механизмом ионизационно-перегревной неустойчивости, теория которой [20] модернизирована применительно к однородной плазме в однородном волновом поле [21, 22, 23, 24, 25, 26, 19, 27, 28, 29, 30, 31]. В слабостолкновительной плазме (у/ш<1, малые давления) взаимодействие с полем, определяемое рефракцией, приводит к образованию характерных чашеобразных плазмоидных структур, наблюдаемых в экспериментах на всех используемых длинах волн [32].
Стримерный разряд способен распространяться в поле, уровень которого много меньше пробойного (критического) значения и может быть инициирован созданием локального увеличения поля на остриях металлических предметов, в качестве которых использовалась т.н. "метелка" [33, 34], снижением плотности газа с помощью искрового разряда (электродного или лазерного [35]) или за счет возбуждения молекул газа.
Развитие импульсного етримерного разряда сопровождается его распространением в основном в сторону источника излучения со скоростью несколько километров в секунду [27,36].
Оценки и частные измерения указали на высокую температуру газа в каналах инициированного разряда вплоть до нескольких тысяч Кельвин при радиусе большем или порядка 0.01 ст. Ионизация в них может достигать величины порядка 1% [37].
Стримерные каналы окружены плазменным ореолом, происхождение которого предположительно объясняется либо линейчатым, либо тормозным ультрафиолетовым излучением [38, 39].
В случае линейной поляризации поля филаментарный и сгримерный типы разрядов развиваются преимущественно в плоскости, перпендикулярной вектору магнитного поля. При круговой поляризации такой асимметрии не наблюдается [28].
9
• Нагрев продуктов развитого стримерного разряда последующим излучением малого (сильно подкритического) уровня большой длительности, приводит к общему нагреву всей фокусной области, занятой разрядом, так что разряд переходит в форму однородного плазмоида, названного свободно локализованным равновесным СВЧ разрядом [40, 41> 42]. Скорость распространения такого разряда мала и определяется мощностью нагрева и теплопроводностью' [43]. ' Результаты экспериментальных исследований физических механизмов распространения СВЧ разрядов как в волноводах, так и в пучке излучения, обобщены в [44].
Наблюдаемые пространственные формы каналов подкритического стримерного разряда навели на мысль об аналогии с антенными системами [45, 46, 47, 48, 49]. Классификация форм СВЧ импульсного разряда была дополнена подкритическим типом разрядов с приближенным определением области его существования для излучения с длиной волны 4.3 ст [50].
11олуаналитические модели и неполное численное моделирование начальной стадии развития разряда высокого давления свидетельствуют в пользу высказанного предположения о стримерной природе его распространения [51, 46].
Распространение внешних (по отношению к разряду) ударных волн в продуктах импульсного подкритического (примерного разряда сопровождается их сильной деструкцией [52, 53, 54].
СВЧ разряды способны оказывать существенное влияние на физикохимические процессы в газовых смесях, в частности, на процессы горения [55].
Проведенные исследования дали основание для формулирования ряда предложений по использованию СВЧ разрядов, опирающихся на возможность их дальнего воздействия [5].
Дальнейшее развитие физики СВЧ разрядов в значительной мере происходило в рамках сформировавшегося направления плазменной аэродинамики. В работу в формирующемся направлении исследований постепенно подключились научные организации США, Великобритании, Франции и других сгран [56].
Технология стримерных разрядов в проблемах плазменной аэродинамики могут сыграть исключительно важную роль, поскольку импульсные стримерные СВЧ разряды сопровождаются газодинамическими процессами, тем более мощными, чем выше давление [57, 58, 59].
Формулирование задач аэрокосмических приложений стимулировало проведение целенаправленных исследований физики СВЧ разрядов, их свойств в условиях, типичных для приложений.
Работы, обобщенные в диссертации, выполнялись в русле этого направления. Результаты исследований, включенные в диссертацию, отражены в публикациях, список которых приведен в разделе Список публикаций соискателя по теме диссертации.
10
2. Цели исследований
Целью исследований являлось изучение свойств СВЧ разрядов с позиций возможности их применения в решении прикладных проблем. Помимо имевшихся к началу работ большого объема экспериментальных и теоретических данных потребовались дополнительные исследования.
Особенно это касалось высоких газовых давлений, поскольку этот диапазон диктовался условиями ряда возможных актуальных приложений. Прежде всего, потребовалась реализация СВЧ разряда в квазиоптическом ЭМ пучке в различных исходных условиях и определение энергетической эффективности взаимодействия разрядной плазмы с возбуждающим её ЭМ полем, поскольку этот параметр в значительной мере определяет практическую ценность СВЧ разряда, а, следовательно, необходимость подробного исследования его свойств в зависимости от длины волны излучения в различных условиях (в скоростных потоках реального воздуха и горючих смесей, в струях при инжекции, в объеме и на поверхности), а также, выявление определяющих физических механизмов, ответственных за формирование структуры разряда и его свойств, знание которых необходимо для построения адекватных теоретических моделей СВЧ разрядов, обладающих сложной структурой.
3. Положения, выносимые на защиту
1. Результаты исследований импульсного разряда в надкритическом СВЧ поле на )* = 8.9 ст. Показано, что развитие надкритического импульсного СВЧ разряда на Л=8.9 ст в диапазоне у/о)=1-Н00 начинается с быстрого распространения диффузной формы с заполнением области надкритического поля с последующим формированием нитевидной структуры. В диапазоне 1<у/со<50, наблюдения полностью коррелируют с наблюдениями на более коротких X при тех же значениях у/со.
2. Результаты исследования физического явления: самосжатия СВЧ тока в резонансном стримерном канале магнитным давлением (СВЧ пинч-эффект) и крупномасштабных МГД неустойчивостей плазменного канала. Впервые наблюдался СВЧ пинч-эффект при разряде в открытом высокодобротном резонаторе при высоком давлении на А.=8.9 ст и Х=4.3 ст. Развитие разряда в этом случае начинается ростом вытянутого вдоль Е канала, развивающегося со скоростью, до 100 кт/э, в полном соответствии с представлением о стримерном механизме развития разряда высокого давления в надкритическом поле. Стример достигает резонансной длины, и почти полностью опустошает резонатор. Темп опустошения резонатора, свидительствует о резонансном характере взаимодействия разряда с полем. При уровне поля в резонаторе, превышающем критическое, и давлении газа, превышающем пороговое значение, развитие разряда сопровождается образованием перетяжки (одной или более). При давлении водорода выше 5 атмосфер наблюдается развитие змейковой моды возмущения, не приводящей к развалу токового
11
канала. Развитие наблюдаемых неустойчивостей качественно и количественно объясняется проявлением самосжатия токового СВЧ канала усредненным магнитным полем тока, наведенного в стримере при
. достижении элекгродинамического резонанса.
3. Результаты исследования методов калиброванной инициации разряда в подкрнтическом и глубоко подкритическом поле СВЧ волны. Предложен и разработан метод калиброванной инициации разряда пассивным прямолинейным (или кольцевым) ЭМ вибратором или системой ЭМ вибраторов и на его основе создан простой метод измерения абсолютного значения напряженности СВЧ поля с помощью калиброванного вибратора (проще всего, металлического шарика малого размера), облучаемого УФ, помещаемого в точку измерения.
4. Результаты исследования пространственной структуры, динамики развития и основных свойств СВЧ разряда стрнмерною типа в подкритическом поле квазионтичсского ЭМ пучка на длинах волн 8.9 ст и 2.4 ст. Определены границы существования инициированного стримерного разряда в подкритическом поле квазиоптического электромагнитного пучка на X - 8.9 ст и 2.4 ст и переходной зоны от диффузного к стримерному типу. Положение середины этой зоны оценивается соотношением р<м Я« 250 Тоггст. .Полученные, данные относительно границ существования подкритического стримерного разряда для разных длин волн согласуется с результатами теоретической оценки, основанной на ограниченности способности стримера создавать необходимую надкритичность поля на его голове.
5. Результаты исследования разряда, инициированного в • глубоко подкритическом поле. Глубоко подкритический разряд выделен в отдельный тип разряда. Исследована эффективность взаимодействия прямолинейного, резонансного вибратора, нагруженного глубоко подкритйческим разрядом, с СВЧ полем.. Определено сечение поглощения
4 системы вибратор - глубоко подкритический разряд в свободном пространстве . и присутствии рефлектора. Показана и частично исследована способность глубоко подкритического разряда, инициированного прямолинейным резонансным вибратором, выполненным в виде инжектора топливной смеси, инициировать и поддерживать горение смеси массовым коэффициентом избытка топлива, большим 0.2. Исследованы свойства глубоко подкритического разряда, инициированного кольцевым резонансным вибратором. Показано, что такой разряд способен квазистационарно существовать в потоке воздуха атмосферного давления, создава51 зону энерговыделения размером около
0.1 ст, поднимая температуру в следе в приповерхностном слое.
6. Результаты исследования СВЧ подкритичсских разрядов, инициированных на поверхности диэлектрика. Порог пробоя на поверхности диэлектрика с инициатором или без него совпадает с порогом пробоя в отсутствие диэлектрика. Область существования поверхностного разряда совпадает с областью существования объемного
подкритического стримерного разряда. Свойства стримерных каналов поверхностного разряда идентичны при прочих равных условиях свойствам каналов;- объемного стримерного разряда. Структура ’ стримерной сети поверхностных разрядов ' в отличие от структуры объемных разрядов характеризуется образованием ячеек с размерами Х/4 вдоль вектора Е и Х/8 поперек вектора Е. При малой под критичности и угле падения излучения на поверхность с инициатором большем нуля, наблюдается одновременное развитие поверхностного и объемного разрядов. Свойства поверхностного подкритического стримерного разряда не зависят от материала и толщины диэлектрика, что свидетельствует о несущественности влияния физико-химических Процессов на развитие разряда по поверхности диэлектрика. 1
7. Результаты исследований по контролю газодинамических потоков с помощью . СВЧ разрядной : технологии. Экспериментально показана возможность снижения лобового сопротивления тела в сверхзвуковом потоке за счет выделения СВЧ мощности перед головной УВ и в донной части.; возможность создания боковой силы на профиле, обтекаемом скоростным потоком воздуха, за счег энерговыделения в поверхностном под критическом разряде. Получена зависимость силы от выделяемой мощности. Экспериментально показано, что распространение УВ через область стримерного разряда после его завершения сопровождается ее
• деструкцией. ' .. ■ • - • . • . ■ ■ •
8. Результаты исследований по инициации и стабилизации горения в скоростных потоках горючих смесей. Экспериментально показана способность .подкритического и глубоко подкритического разрядов инициировать и поддерживать горение в модельной горючей смеси при
. скорости потока смеси до 200 m/s. •
4.;Формальиые основания представления диссертации Актуальность проблемы
Известно, что одной из ключевых проблем, сдерживающих развитие перспективных . летательных аппаратов (JIA), являются трудности, связанные проблемой организации высокоскоростного горения топливных смесей • и проблемами управления полетом ЛА. Ведущие мировые.-исследовательские лаборатории прилагают большие усилия по поиску новых методов зажигания и стабилизации горения смеси в скоростном потоке и управления скоростными потоками. В международном научном ' сообществе с нарастающей активностью обсуждаются методы воздействия плазмы газовых разрядов на параметры горения в каналах силовых установок и течения вокруг ЛА. Большое место отводится обсуждению этой проблемы на самых авторитетных конференциях по астронавтике и аэронавтике (в частности, на регулярных конференциях Американского Института Астронавтики и Аэронавтики, AIА А, во Франции, ONERA, на Международной конференции European Conference for-Aerospace Sciences, состоявшейся в Москве в 2005 г. под патронажем ONERA). Работы в этом
13
направлении ведутся в США (AF, NASA), Франции (ONERA), Великобритании (British Aerospace, University of Liverpool, University of Bristol) и во многих других научных центрах. Наиболее интенсивно работы ведутся в США (Boeing Inc., John Hopkins University, NASA Langley Research Base, NASÂ Dryden Flight Research Base, Princeton University, Old Dominion University, Wright-Patterson AF Base, State University of New Jersey, Northrop Grumman Corporation, Eagle Aeronautics Inc, Lockheed Martin Aeronautics, Air Force Research Laboratory, Rutgers University, Orbital Research Inc., Naval Research Laboratory, AF Space Command/XPY, Naval Surface Warfare Center, NASA Glenn Research Center, US AF Academy, AF Office of Scientific Research и др.).
Зарубежные исследователи в своих работах для создания газоразрядной плазмы обычно используют различные-тины электрических разрядов. Это разряды постоянного тока в потоке, барьерные разряды (DBD), эрозионные разряды, микроволновые разряды и др.
В России также идут работы по изучению физических основ методов воздействия плазмы газовых разрядов на параметры горения в силовых установках. Они проводятся в ФГУП «МРТИ РАН», МГУ им. М. В. Ломоносова, Московский физико-технический институт (^Долгопрудный), ОИВТ РАН, Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе (С-Петербург) и др. В них также обычно используются все вышеперечисленные типы электрических разрядов. Результаты исследований в данном направлении известные к настоящему времени указывают на то, что наибольшие перспективы применения имеют СВЧ разряды.
Научная новизна
В диссертационной работе систематически изложены результаты экспериментальных исследований СВЧ разряда в воздухе и ряде других газов в квазиоптическом пучке на длинах волн 8.9сш и 2.4cm и в открытом двухзеркальном резонаторе на длине волны 8.9cm и 4.3ст.
Впервые получен и исследованы СВЧ пинч-эффекг - удержание плазмы стримерного канала усредненным магнитным полем наведенного в нем СВЧ тока и магнитогидродинамические неустойчивости, свойственные токовому каналу в условиях магнитного самосжатия.
Показано, что под критический стримерный СВЧ разряд и глубоко подкритический СВЧ разряд взаимодействует с возбуждающим его ЭМ полем с высокой эффективностью.
Показан резонансный характер взаимодействия подкритического стримерного разряда с полем как отдельных фрагментов его структуры, так структуры в целом. Выявлена принципиальная необходимость ветвления стримерньтх каналов для развития в волновом поле и причины распространения ему навстречу.
Исследованы свойства подкритического и глубоко подкритического разрядов в условиях, типичных для ряда приложений. Показана принципиальная возможность снижения лобового сопротивления тела в сверхзвуковом потоке с кпд, превышающем единицу, и создания боковой
14
силы с помощью СВЧ разряда. Показана и исследована способность подкритических и глубоко подкритических СВЧ разрядов инициировать и поддерживать горение в топливных смесях в различных вариантах инжекции в диапазоне коэффициента избытка топлива.
Практическая значимость
Практическая ценность выполненных исследований определяется выявленной высокой энергетической эффективностью взаимодействия стримерного подкритического и глубоко подкритического СВЧ разрядов с ЭМ полем квазиоптического ЭМ пучка, что явилось основанием для развертывания поисковых работ по их применению в ряде конкретных предложений по использованию этих видов СВЧ разряда в практических устройствах. В ходе этой проработки па существующих установках выполнен ряд экспериментов, показывающих на количественном уровне реальность этих предложений.
Данные типы разрядов могут быть использованы в плазменной газодинамике для управления характеристиками как дозвуковых, сверхзвуковых, так и гиперзвуковых летательных аппаратов. Выполненные эксперименты показали влияние этих разрядов на лобовое сопротивление модели и на боковые управляющие силы. В этой связи с участием автора диссертации в настоящее время ведутся исследования различного вида стримерных СВЧ разрядов на поверхности диэлектрика.'
Используемые в исследованиях для оценки температуры плазменных каналов СВЧ разряда опыты по его зажиганию в модельной горючей смеси показали возможность поджига и стабилизации горения этой смеси в режиме ее высокоскоростного течения по разрядной области. При этом поджигается и весьма бедная смесь. Эти наработки позволяют рассматривать возможность применения таких разрядов в прямоточных реактивных двигателях и в наземных газотурбинных установках.
На основе полученного в эксперименте факта поджига бедной горючей смеси подкритическим стримерным разрядом сформулировано предложение по использованию этого разряда в поршневых двигателях внутреннего сгорания нового поколения.
На основании полученных экспериментальных данных ведутся исследования возможности использования СВЧ разряда в плазмотронах с вихревой подачей газа и по использованию СВЧ разряда в установках по газификации низкокалорийных углей и бытовых отходов.
Достоверность полученных результатов
Исследования проводились на нескольких установках с разными длинами волн в широком диапазоне значений параметров и при разных условиях. Сопоставление данных, полученных на разных установках с участием автора и установках других исследовательских групп, показали отсутствие противоречий. Результаты экспериментов многократно обсуждались с ведущими отечественными и зарубежными специалистами. Работа поддерживается в течение ряда лет грантами 15ТС и С1ШР. Все это свидетельствует о достоверности полученных результатов.
15
Апробация работы
Результаты исследований, положенных в основу настоящей диссертации, докладывались на различных всероссийских и международных конференциях. В их числе: III Всесоюзная конференция “Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики” (1989, г. Новосибирск); 2-й международный симпозиум по теоретической и прикладной плазмохимии (май 1995, г. Иваново); 4-я Международная конференция «Strong microwaves in plasma» (август 1999 г., Нижний Новгород); Международное совещание по магнитоплазменной аэродинамике в аэрокосмических приложениях (Москва, ИВТАН, 2000 г, 2003 г.); Ill - VI Международный симпозиум «Термохимические и плазменные процессы в аэродинамике» (Санкт-Петербург, 2002 г., 2004 г., 2006 г., 2008 г.); 32nd ЛТАЛ Plasmadynamics and Lasers Conference and 4th Weakly Ionized Gases Workshop (11-14 June 2001, Anaheim, CA), 41st - 46Ih AIAA Aerospace Sciences Meeting (January 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008) Reno, NV; 2nd International Workshop and Exhibition on Plasma Assisted Combustion (IWEPAC) (19-21 September 2006, 2007 и 2008 г. Quality Inn Governor Falls Church, Virginia, U.S.A.); Восьмая международная школа-семинар «Модели и методы аэродинамики», Евпатория, 4-13 июня 2008, 47,h AIAA Aerospace Sciences Meeting (January 2009, Orlando, Florida), 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting (January 2010, Orlando, Florida). Сборники трудов этих конференций опубликованы.
5. Личный вклад автора и публикации
К личному вкладу соискателя следует отнести следующее. (Соответствующие ссылки на публикации будут даны в основных главах диссертации.)
При непосредственном участии автора диссертации были проведены эксперименты, связанные с разработкой локального метода измерения поля Ео в квазиоптических ЭМ пучках. Анализ экспериментальных данных и их сопоставление с развитой К.В.Ходатаевым теорией позволил определить характер плазменной диффузии, который необходимо учитывать при использовании данного метода. В экспериментах наглядно выявилась роль «начальных» электронов на процесс развития электрического разряда.
Соискатель является соавтором авторских свидетельств, основанных на результатах экспериментов, на способ инициации СВЧ пробоя в подкритичсском и глубоко нодкритическом поле ЭМ волны и совместного с ЦИАМ авторского свидетельства на способ и устройство для инициации СВЧ разряда и генерации высокотемпературной струи плазмы.
При непосредственном участии автора диссертации в экспериментах были исследованы универсальные виды СВЧ разряда в квазиоитическом ЭМ пучке. В этих экспериментах в воздухе были реализован сгримерный вид пространственно-развитого СВЧ разряда в надкритическом поле и в подкритпческом поле на длине волны 8.9cm. В экспериментах с участием соискателя был реализован стримсрный глубоко подкритический
16
привязанный к инициатору СВЧ разряд в воздухе. В опытах было показано, что выявленные виды СВЧ разрядов являются универсальными и для других газов, с некоторыми их особенностями.
Соискателем был разработан и использован в экспериментах способ измерения средней по объему газовой температуры СВЧ разряда среднего давления путем зондирования его слабой ударной волной.
При непосредственном участии автора диссертации были экспериментально исследованы границы областей реализации различных видов СВЧ разряда в воздухе в квазиоптических ЭМ пучках при Л=8.9еш. Под руководством соискателя эти границы были определены и для других длин волн ЭМ излучения, и выявлены характерные количественные тенденции.
Изучение динамики развития стримерного вида инициированного подкритического СВЧ разряда с пространственно-развитой структурой позволило определить роль СВЧ стримерного механизма в ее формировании. В процессе этих исследований было также выявлено влияние электродинамических факторов и связанных с ними резонансных явлений на конкретную геометрию подкритического СВЧ разряда и способность этого вида разряда и глубоко подкритического СВЧ разряда энергетически эффективно взаимодействовать с возбуждающим разряд ЭМ полем.
Выполненные при непосредственном участии соискателя эксперименты по исследованию безэлектродного СВЧ разряда в воздухе в открытом резонаторе подтвердили выполненные ранее сотрудниками НИИ Радиоприборостроения и ИОФ РАН эксперименты, показывающие характер распределения поглощенной резонансным разрядным каналом энергии ЭМ поля по длине этого канала. При участии соискателя была выявлена роль перетяжечной неустойчивости токового плазменного СВЧ канала в воздухе па это распределение. Эксперименты показали роль этой неустойчивости и в плазменном резонансном канале СВЧ разряда в водороде. При участии соискателя было впервые обнаружено явление изгибной неустойчивости резонансного плазменного токового СВЧ канала в воздухе и в водороде.
При непосредственном участии соискателя была восстановлена и модернизирована установка ДОР-2 с А=8.9ст [60]. При этом соискателем на созданной установке ИР-8 был проведены ряд оригинальных исследований СВЧ разряда в режиме «стоячей» волны в квазиоптическом двухзеркальном резонаторе. Кроме того, эта установка была модернизирована для проведения исследований в режиме «бегущей» квазиоптической ЭМ волны. Под руководством и при непосредственном участии соискателя были созданы новые экспериментальные установки с Я.=2.5ет и Х^12.5ст. При участии соискателя установка с А.=4.3ст [4], работающая в режиме бегущей волны, была модернизирована для проведения опытов с СВЧ разрядами в режиме стоячей волны с высокодобротным открытым двухзеркальным резонатором.
Указанные достижения были получены лично автором диссертации, при его личном участии и под его руководством. Соискатель являлся и является
руководителем Проектов МНТЦ (ISTC) № 1840, № 2429, №3572 и Проектов АФГИР - (CRDF) по программам- GAP и FSTM: UKE2-150SA-KV-05,
• UKE2-1518 A-KV-07 и RUP2-005071-MÔ-07. \ .
В экспериментальных работах в течение многих лет основными соратниками были Л.П.Грачев, К.В.Александров, В.В.Федоров, Г.И.Мишин, М.П.Князев, Б.А.Шарай. Н.И.Грицов, М.Ю.ТТикитин, В.В.Цыплеиков и др. Всем им автор приносит искреннюю благодарность.
Основные результаты исследований соискателя опубликованы в 39 статьях в различных отечественных и зарубежных журналах («Физика ... плазмы», «Известия СО АН СССР, Сер. технических наук», «Радиотехника и электроника», «Прикладная физика», «ЖТФ», «Письма в «ЖТФ», «Applied physics letters», «IEEE Transactions on Plasma Sciences»), итоговых отчетах по \ Проектам МІГГЦ и АФГИР (см. раздел Список публикаций соискателя по теме диссертации).
ч * ; * 6. Структура диссертации . . -
Диссертация . состоит из Введения, 9 глав, Заключения, • списка ’•литературы. '"ч.’.‘ W. . . : ■ •
Во Введении дан обзор литературы, сформулирован предмет исследований и цели диссертации, положения, выносимые на защиту,
; формальные основания представления диссертации, отмечен личный вклад . автора, кратко излагается структура диссертации
В Главе 1 описываются используемые в опытах экспериментальные установки, их основные характеристики и средства диагностики. Они отличаются по длинам волн - используемого ЭМ излучения: А=8.9 cm, Х=2.5 cm, Я=12.3 cm и А==4.3 ст. При этом установка с À=8.9 cm использована в двух режимах: режим «бегущей» волны ЭМ пучка и режим стоячей волны с высокодобротным . квазиоптическим , двухзеркальным резонатором. Установки с À=2.5 cm и Л.=12.3 cm работают в режиме бегущей волны. Они оснащены устройствами для создания в рабочей части высокоскоростного потока воздуха или его горючей смеси с пропаном в диапазоне скорости до 500 m/s. Характерной особенностью большинства установок является то, что квазиоптический ЭМ пучок в них создается в герметичной рабочей камере, давление в которой можно менять от единиц Тогг до атмосферного давления. Установка с Л=4.3 cm имела герметичную камеру высокого давления с радиопрозрачным окном, которая была рассчитана на рабочие давления около lOaim. Это позволило провести экспериментальные исследования СВЧ разрядов с использованием высокодобротного квазиоптического СВЧ резонатора в воздухе, водороде и в дейтерии при избыточных газовых р до-нескольких атмосфер.
В Главе 2 описываются эксперименты, в ходе которых были определены характерные виды безэлектродных СВЧ разрядов в воздухе в надкритическом поле квазиоптического ЭМ пучка на А=8.9ст. Описывается динамика их пространственного развития при различных
давлениях. Приводятся результаты измерения основных параметров плазмы этих разрядов, таких как электронная концентрация плазмы, газовая температура и т.д.
Глава 3 посвящена исследованию надкритического разряда высокого давления в открытом двухзеркальном резонаторе. Приведен расчет открытого двухзеркального сферического СВЧ резонатора, применяемого в эксперименте, и проведена экспериментальная проверка результатов расчета. Описываются экспериментально реализованные в открытом резонаторе безэлсктродные импульсные надкритические разряды и их основные свойства в воздухе, водороде и дейтерии при высоких давлениях в фокусной области высокодобротного резонатора. Рассматривается их динамика, влияние на свойства разряда надкритичности исходного поля, влияние перетяжечной и изгибной мод неустойчивости на формирование структуры и свойств разряда и т.д. Наблюдающиеся явления классифицированы как СВЧ пинч-эффект.
В Главе 4 приводятся результаты теоретического и экспериментального исследования способов пассивной инициации подкритических разрядов. На примере использования малой по сравнению с длиной волны металлической сферы (шарика) предложен и исследован метод локального измерения электрической составляющей ЭМ поля Е0 в квазиоптическом СВЧ пучке. Исследованы поправки, связанные с учетом диффузионных потерь электронов на шарик. Резонансные инициаторы, прямолинейные или кольцевые, позволяют инициировать разряд не только в подкритическом, но и в глубоко подкритическом поле. По результатам измерений получены оценочные соотношения для увеличения поля на вершине как резонансных, так и дорезонансных инициаторов.
В Главе 5 приведены результаты исследования подкритического импульсного разряда при длине волны излучения 8.9ст и 2.5ст. По результатам исследования описывается динамика развития разряда от диффузной стадии к стримерной развитой структуре в зависимости от давления. Отмечаются и обсуждаются особенности структурообразования разряда в воздухе и других газах. Исследуются свойства стримерного подкритического разряда в скоростном потоке газовых смесей. Показывается стримсрный механизм роста формирующих их плазменных каналов и определяется скорость их роста. Высокое ее значение демонстрируется в опытах по зажиганию данного вида разряда в СЗ потоке воздуха. Опыты по скоростной фоторазвертке разрядной области выявляют резонансный характер взаимодействия отдельных участков плазменных каналов с СВЧ полем.
В Главе 6 описываются результаты экспериментальных и
теоретических исследований инициированных глубоко подкритических СВЧ разрядов в скоростном потоке воздуха и воздушно-пропановой смеси при длине волны излучения 12 ст. Показывается энергетическая эффективность взаимодействия плазмы инициированного линейным ЭМ вибратором разряда такого вида с ЭМ полем. Эксперименты по зажиганию такого разряда в
19
скоростном потоке воздуха позволили оценить эффективную площадь его энергетического взаимодействия с ЭМ полем. Опыты показали, что такой разряд поджигает воздушно-пропановую горючую смесь, в том числе и в высокоскоростном ее потоке. Описываются исследования способа инициации глубоко подкритического СВЧ разряда с помощью кольцевого инициатора в неподвижном воздухе и в его скоростном потоке.
Глава 7 посвящена описанию результатов исследований СВЧ разрядов на поверхности радионрозрачного диэлектрика. В ней представлены основные схемы получения поверхностных СВЧ разрядов поперечного и продольного типа. Приведены результаты экспериментов по реализации поперечного и продольного типов поверхностных СВЧ разрядов в условиях экспериментальных установок с А=8.9 сгп и А,=2.5 ст. Приводятся и обсуждаются результаты опытов но изучению свойств таких разрядов в различных условиях в диапазоне параметров газа и излучения. Получены экспериментальные данные, подтверждающие электромагнитную природу преимущественного распространения сгримерных подкритических разрядов по поверхности диэлектрического тела.
В Главе 8 описываются экспериментально определенные области существования на плоскости Е^р импульсных инициированных подкритических СВЧ разрядов с объемно-развитой стримерной структурой и глубоко подкритических СВЧ разрядов, привязанных к инициатору. Границы получены для воздуха при длинах волны излучения 8.9 сш и 2.5 ст. Проводится сопоставления с известными данными для длины волны излучения 4.3 ст.
В Главе 9 приводятся результаты экспериментов, направленных на выяснение перспектив применения СВЧ разрядной технологии в интересах плазменной аэродинамики и плазменного горения. Приводятся схемы возможного применения в прямоточных двигательных установках для повышения скорости и стабильности горении и на летательных аппаратах для повышения управляемости и стабильности полета и результаты экспериментов, демонстрирующие перспективность применения СВЧ разрядной технологии в указанных областях техники.
Рассматривается возможность безынерционного управления аэродинамическими параметрами сверхзвуковых и дозвуковых летательных аппаратов и, в частности, использование для этого стримсрного подкритического СВЧ разряда с развитой структурой на поверхности диэлектрика.
В Заключении сформулированы основные результаты и направление дальнейшей деятельности.
20
Список публикаций соискателя по теме диссертации
1. Грачев Л.П., Есаков И.И., Князев М.П., Мишин Г.И., Шарай Б.А. Вероятность импульсного безэлектродного СВЧ пробоя воздуха в неоднородном поле при естественном уровне начальной ионизации И.ЖТФ. -1984.-Т.54, Вып.7. -С. 1353-1355.
2. Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин Г.И., Никитин М.Ю., Ходатаев К.В. Еезэлекстродный разряд в воздухе при средних давлениях //ЖТФ. -1985. -Т.55, Вып.2. -С.389-391.
3. Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин Г.И., Никитин М.Ю., Ходатаев К.В. Взаимодействие ударной волны с распадающейся плазмой безолектродного СВЧ разряда //ЖТФ. -1985. -Т.55, Вып.5. -С.972-975.
4. Грачев Л.П., Есаков И.И., Князев М.П., Мишин Г.И. Акустические свойства воздуха, возбужденного электрическим разрядом. Препринт №1345. Ленинград, Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе АН СССР. 1989. -27 с.
5. Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин Г.И., Федотов А.Б .Динамика развития пространственной структуры безэлсктродного СВЧ разряда // ЖТФ. -1989. -Т.59, Вып. 10. -С.149-154.
6. Грачев Л.П., Есаков И.И., Князев М.П., Мишин Г.И. Акустические . свойства воздуха, возбужденного электрическим разрядом //ЖТФ. -1990.
-Т.60, Вып.11. -С.183-186.
7. Есаков И.И. К вопросу о взаимодействии ударной волны с распадающейся плазмой безэлсктродного СВЧ разряда в воздухе. //Известия СО АН СССР. Сер. технических наук.-1990.-Вып.1. -С. 98-102.
8. Грачев Л.П., Есаков И.И., Ходатаев К.В., Цыпленков В.В. Установка для исследования импульсного безэлектродного СВЧ разряда в газах высокого и среднего давления: Препринт N 9005. МРТИ АН СССР. М., 1990. -27 с.
9. Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин Г.И., Ходатаев К.В. Возможность осуществления термоядерного синтеза врезо}шторном стримериом СВЧ разряде высокого давления. Препринт N 1577. Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе г. Санкт-Петербург, 1992. -60 с.
Ю.Грачев Л.П., Есаков И.И., Ходатаев К.В., Цыпленков В.В. Высокочастотный пробой воздуха в присутствии металлического тара //Физика плазмы. -1992. -Т. 18, Вып.З. -С.411-413.
11.Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин Г.И., Ходатаев К.В., Цыпленков В.В. Фоторазвертка разряда высокого давления в волновом пучке //Письма в ЖТФ. -1992. -Т. 18, Вьтп.22. -С. 34-38.
12.Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин Г.И., Ходатаев К.В. Разряд в воздухе в квазиоптическом.СВЧрезонаторе Н ЖТФ: -1994. -Т.64, Вып.2. -С.26-37.
13.Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин ГЛ.,. Ходатаев К.В., Цыпленков В.В. Эволюция структуры газового разряда..в фокусе СВЧ излучения в
■ ■ зависимости от давления //ЖТФ. -1994. -Т.64, Вып. 1. -С.74-88.
. 14.Веденин П.В., Грачев Л.П., Есаков И.И., Попов Н.А. Исследование плазмохимических: процессов, инициируемых мощным СВЧ разрядом в воздухе //Материалы 2-го международного симпозиума по теоретической и прикладной плазмохимии (ISTAPC - 95), 22 - 26 мая 1995. Иваново. -С. 152-155 ' ‘ . •'. ; ' . .• ' * •' у
15.Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин Г.И., Ходатаев К.В. Скорость фронта стимулированного СВЧ разряда в волновом пучке //ЖТФ. -1995. -Т.65, Вып.5. -0.21-30. ■ ‘ . • v
16.Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин M-Г., Ходатаев К.В. Скорость распространения ионизационно-дрейфовой волны пробоя . //ЖТФ.-1995.-
; - Т.65, Вып. 11 .-G.86-92.
17Л рачев Л.П., Есаков И.И., Мишин Г.И., Ходатаев К.В. Высокочастотный пробой воздуха в присутствии вибратора Н ЖТФ- -1995. -Т.65, Вьтп.7. -с.60-67; - ' ‘ : ; ••
18.Грачев Л.П., Гсаков И.И: Электрическое поле на концах СВЧ вибратора,
• помещенного в ТЕМ волну ИРадиотехника и электроника.-1995. -Т.41, № 6.
-С. 1-3. 5 ‘ ■ /Ч
19.Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин Г.И. Диффузный этап развития
' . безэлектродного СВЧ разряда в воздухе среднего давления //ЖТФ. -1996. -
Т.66, Вьтп. 12. -С. 12-20. ' - '• ' ‘ ■; *
20.Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин Г.И., Ходатаев К.В. Стадии развития безэлектродного СВЧ разряда //ЖТФ. -1996. -Т.66, Вып.7. -С.32-45.,
21.Грачев Л.П., Есаков И.И., Мишин Г.И. Иониза7{ионно-перегревная неустойчивость разрядной плазмы безэлектродного СВЧ разряда //ЖТФ. -1996.-Т.66, Вып.8.-С.73. •
22.Грачев Л.П., Есаков Г.И., Ходатаев К.В., Мишин Г.И. Термоядерный реактор //Патент Российской Федерации №2076358 от 27.03.1997.
23.Ходатаев К.В., Грачев Л.П., Есаков И.И. Область существования самостоятельного стримерного микроволнового разряда в покоящемся газе //Тезисы докладов XXV Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС (2-6 марта 1998, г.Звенигород). -G.194.
24.Грачев Л.П., Есаков И.И., Ходатаев К.В. Особенности развитгт импульсных СВЧ разрядов в квазиоптическом пучке в различных газах //ЖТФ. -1998. -Т.68, №4. -С.33-36.
22
25.Грачев Л.П., Есаков И.И., Ходатаев К.В. Стргшериый СВЧ разряд в сверхзвуковом потоке воздуха //ЖТФ. -1999. -Т.69, Вып. 11. -С. 14-18.
26.Grachev L.P., Esakov I.I., Khodataev K.V. The pinch effect in microwave resonant streamer discharge and its possible applications //IV International Workshop “STRONG MICROWAVES IN PLASMA”, Nizhniy Novgorod, Russia, August 2-9, 1999. Abstracts, LAP RAS. -P.D2.
27.Esakov 1., Grachev L., Khodataev K. The Review of Plasmagasdynamic Experiments in Russia, Conclusions and Prospects of Plasma technologу Applications in Aerodynamics //Proc. of 3th International Weakly Ionized Gases Workshop. (1-5 November 1999. Norfolk. Virginia.IJSA Waterside Marriott. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). -AIAA-99-4821.
28.Грачев Л.П., Есаков Й.И., Ходатаев К.В. Диапазон существования самостоятельно развивающегося подкритнческого стримерного СВЧ разряда //ЖТФ. -1999. -Т.69, Вып.П. -С. 19-24.
29.Grachev L.P., Esakov I.I., Khodataev K.V. The Pinch effect in microwave resonant streamer discharge //Proc. of VIII Ukrainian Conference and School on Plasma Physics and Controlled Fusion (Alushta, September, 16, 2000). -P.153.
30.Esakov I.I., Grachev L.P., Khodataev K.V. Plasmagasdynamic experiments in Russia and prospects of plasma technology application in aerodynamics //Problems of Atomic Science and technology. 2000. No3. Series: Plasma Physics (5). -P.141-145.
ЗГБарашенков B.C., Грачев Л.П., Есаков И.И., Костенко Б.Ф. и др. Порог куму пятив) юго резонансного стримерного СВЧ разряда в газах высокого давления //ЖТФ. -2000. -Т.70, Вып.11. -С.31-35.
32.Esakov I.T., Grachev L.P., Khodataev K.V. The pinch effect in microwave resonant streamer discharge //Problems of Atomic Science and technology. -2000, No 3, Series: Plasma Physics (5). -P. 138-140.
33.Барашенков B.C., Грачев Л.П., Есаков И.И., Костенко Б.Ф. и др. Пробой воздуха в нарастающем СВЧ поле //ЖТФ. -2000. -Т.70, Вып. 10. -С.34-39.
34.Грачев Л.Г1., Есаков И.И., Ходатаев К.В. Обзор плазмогазодинамических экспериментов в России, выводы и перспективы приложения плазменных технологий в аэродинамике //Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому синтезу (Звенигород, 21-25 февраля 2000 г.). -С.225.
35.L.P.Grachev, I.I.Esakov, K.V.Khodataev. Plasmagasdynamic experiments in Russia and prospects of plasma technology applications in aerodynamics //Proc. of VIII Ukrainian Conference and School on Plasma Physics and Controlled Fusion (Alushta, September, 16, 2000). -P. 152.
23
36.Грачев JLIL, Есаков И.И., Малык С.Г. Сферический плазмоид с нерезкой границей в линейно поляризованном квазиоптическом ЭМ поле //ЖТФ. -2001. -Т. 71, Вып.6. -С.23-27.
37. Александров К.В., Грачев Л.П., Есаков И.И. Квазиоптический двухзеркалъиый открытый резонатор //Радиотехника и электроника. -
2001. -Т. 46, №9. -С. 1067-1077.
38.Грачев Л.П., Есаков И.И., Малык С.Г., Ходатаев К.В. Двухзеркальный резонатор для исследования СВЧ безэлектродного разряда в газах высокого давления //ЖТФ. -2001. -Т.71, Вып.6. -С.66-74.
39.Esakov Igor I., Grachev Lev P., Khodataev Kirill V., Van Wie D.M. Investigation of the possibility of the application of the undercritical microwave streamer gas discharge for the ignition of a fuel in the jet engine //32nd AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference and 4th Weakly Ionised Gases Workshop (11-14 June/Anaheim, CA). -ATAA-2001-2939.
40.Грачев Л.П., Есаков И.И., Ходатаев К.В. Влияние инициированного микроволнового разряда на обтекание моделей сверхзвуковым потоком: Материалы Международного симпозиума «Термохимические и плазменные процессы в аэродинамике» (Санкт-Петербург, 15-19 июля,
2002, Холдинговая компания «Ленинец» при участии ГТИТТГС, EOARJD, AFOSR). -С. 113-119.
41.Grachev L.P., Esakov LI., Khodataev K.V. The pinch-ejfect in microwave resonant streamer discharge at high gas pressure /IV International workshop “Strong microwave in plasma”, Nizhny Novgorod, Russia, August 1-9, 2002. -P.14.
42.Popovic S., Vuskovic L., Esakov I.I., Grachev L.P. and Khodataev K.V. Subcritical microwave streamer discharge at the surface of a polymer foil //Applied physics letters. -2002. -V. 81, Noll. -P.1964-1965.
43.Грачев Л.П., Есаков И.И., Ходатаев К.В. Магнитогидродинамические неустойчивости самосжатого резонансного стримериого СВЧ разряда //ЖТФ. -2003. -Т.73, Вып.5. -С.35-40.
44.Esakov I.I., Grachev L.P., Khodataev K.V. Creation of the thrust and the lifting force in a supersonic Jlow with the help of a microwave dischargeЯ The 5th International Workshop on Magneto- and Plasma Aerodynamics for Aerospace Applications (Moscow, 7-10 April 2003, Institute of High Temperatures of RAS). -P.69-75.
45.Esakov I.I., Grachev L.P. and Khodataev Kirill V. Investigation of an Undercritical Microwave Discharge in Air Flow near a Body and its Influence on the Aerodynamics of the Body //41st AIAA Aerospace Sciences Meeting 6-9 January 2003, Reno, NV. Paper AIAA-2003-0529.
24
46.Александров К.В., Грачсв Л.П., Есаков И.И., Покрас С.М., Ходатаев К.В. Импульсный СВЧ разряд в атмосферном воздухе в фокусе дву’хзеркалыюго резонатора П.ЖТФ. -2003. -Т.73, Вып.1. -С.46-50.
47.Грачев Л.П., Есаков И.И., Ходатаев К.В. Магнитогидродинамические неустойчивости самосжатого резонансного стримеріюго СВЧ разряда //ЖТФ. -2003. -Т.73, Вып.5. -С.35-40.
48.Бычков В.Л., Грачев Л.П., Есаков И.И., Ходатаев К.В. Плазменноаэродинамические силы, создаваемые микроволновым разрядом II Материалы IV Международного симпозиума «Термохимические и плазменные процессы в аэродинамике» (Санкт-Петербург, 12-14 июля 2004, Холдинговая компания «Ленинец» при участии НИПГС, EOARD, AFOSR). -С.24.
49.Esakov Igor I., Grachev Lev P., Khodataev Kirill V., Van Wie D.M.
Experiments on propane ignition in high-speed airflow using a deeply
undercritical microwave discharge //42rd АІЛА Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (5-8 January 2004, Reno, Nevada). Paper ALAA 2004-840.
50.Vinogradov V.A., Alexandrov A.F., Timofeev I.B., Esakov I.I. The effects of plasma formations on ignition and combustion //42rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (5-8 January' 2004, Reno, Nevada). AIAA 2004-1356.
51.Esakov Igor 1., Grachev Lev P., Khodataev Kirill V., Van Wie D.M.
Experiments on propane ignition in high-speed airflow using a deeply
undercritical microwave discharge //42rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (5-8 January 2004, Reno, Nevada). Л1AA 2004-840.
52.Есаков И.И., Бычков В.Л., Грачев Л.П., Ходатаев К.В. Плазменноаэродинамические силы, создаваемые микроволновым разрядом //Материалы IV Международного симпозиума «Термохимические и плазменные процессы в аэродинамике» (Санкт-Петербург, 12-14 июля 2004, Холдинговая компания «Ленинец» при участии НИПГС, EOARD, AFOSR). -С.24.
53.Bychkov V.L., Esakov I.I., Grachev L.P. Experimental determination of the microwave field threshold parameters insuring realization of a streamer discharge of the high temperature form. 42,d AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (5-8 January 2004, Reno, Nevada). AIAA 2004-181.
54.Esakov Igor I., Grachev Lev P., Khodataev Kirill V., Van Wie D.M. Efficiency of microwave discharges for propane ignition in cold high-speed airflows //43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (10-13 January 2005, Reno, Nevada). AIAA 2005-989.