Энергия, затрачиваемая на нагрев и взрыв, растёт по мере увеличения массы, превышая при 350 мг 50 % от вкладываемой. При этом при больших массах основная часть энергии в разряд поступает уже во втором полупериоде тока (ступенька на графиках соответствует нулю тока).

Результат подробного исследования зависимости энергий, вкладываемых на первой и второй стадиях, а также их суммы, от массы фольги показан на рис. 5.3. Правая шкала показывает энергию в процентах по отношению к запасаемой в батарее (3,2 кДж).

Видно, что эффективность передачи энергии возрастает с 70 до 85 % при увеличении массы от 10 до 100 мг. Затем до 200 мг держится на уровне 80 - 90%. Дальнейший спад приостанавливается в районе 300 - 350 мг около 75%, после чего продолжается. При массах около 400 мг эффективность энерговклада становится менее 70%.

Энергия, вкладываемая до взрыва, непрерывно возрастает вплоть до масс 250 - 300 мг, достигая 40% от запасаемой (почти 60% от полной вкладываемой). В дальнейшем, несмотря на рост массы, эта энергия не увеличивается, а даже несколько сокращается.

Эффективность вклада энергии в разряд за счёт увеличения его сопротивления при малых массах столь резко возрастает, что поглощённая энергия увеличивается даже несмотря на параллельный рост затрат на стадию нагрева и взрыва. Как следствие растёт общая эффективность энерговклада. В диапазоне масс от 100 до 300 мг происходит практически линейное сокращение энергии, подводимой к разряду (а удельной - пропорционально квадрату массы). В результате, при массах более 250 мг основная часть энергии уже идёт не в разряд, а на нагрев и взрыв фольги. В диапазоне 300 - 400 мг энергия временно стабилизируется на уровне 35% от запасаемой. Однако удельная энергия, вкладываемая в разряд, непрерывно сокращается при всех массах.



Рис. 5.3 Зависимость выделяющейся мощности (а) и вкладываемой энергии (б) от времени для масс 50, 200 и 350 мг. Пунктиром показана энергия, пошедшая на взрыв (энергия взрыва). Напряжение зарядки 4 кВ, запасаемая энергия 3,2 кДж.

Из анализа зависимости вкладываемой энергии и её составляющих от массы фольги, можно сделать следующие выводы (с поправкой массы для имитатора):

1) Наиболее эффективно процесс передачи энергии идёт на массах 80 - 200 мг, достигая 80 - 90 %.

2) При массах менее 60 мг ( более 200 МВт/г) процесс разрушения фольги сопровождается образованием достаточно мелких неоднородностей, а следовательно, и капель малого размера. Дальнейшее увеличение массы приводит к появлению и росту доли крупных капель, которые сложнее вовлечь в вихревое движение. При массах более 280 мг ( менее 80 МВт/г) имеются в основном только крупные капли, а следовательно, эффективность вихревого перемешивания мала.

3) С ростом массы идёт непрерывное снижение удельной энергии, вкладываемой в разряд, а следовательно, идущей на нагрев и ускорение плазмы. Так, при массах более 200 мг, в разряд идёт менее половины вкладываемой энергии (<5 Дж/мг). Поэтому при больших массах процесс вихреобразования должен ослабевать.

5.2 Газодинамические характеристики одноканального имитатора

5.2.1 Калибровка камеры

Для калибровки масштаба камеры в фокусной плоскости камеры проводится съемка на низкой скорости, поскольку настройки камеры не влияют на масштаб. Измеряемая длина составляет 780 мм. Измеренное значение составило 703 пикс.

Коэффициент масштабирования:

мм/пикс.

Рис.5.4. Калибровка масштаба изображения скоростной видеосъемки

5.2.2 Съемка 600 кадров/сек (CASIO EX-F1)

Данная съемка применялась исключительно для наглядной демонстрации динамики течения плазменного вихря, поэтому данные по настройкам камеры не приводятся. Временной промежуток между кадрами составляет 1,67 мс. Для исключения засветки и наглядности тороидальной структуры вихря применялась серия дополнительных светофильтров.

Рис.5.5. Фронтальная съемка 600 кадров/сек.

5.2.3 Съемка 500 кадров/сек (Видеоспринт)

Параметры съемки:

Расстояние: 5 м

Масса: 30,150,250 мг

Напряжение: 5 кВ.

Емкость: 400 мкФ

Кадровый период: 2000 мкс

Диафрагма: f/11

Светофильтр: ЗС-2

Экспозиция: 10 мкс

Фон: [ ]

Окно: 1280x1000

Прореживание: 1

Усиление: 55

Уровень черного: 0

Цифровое усиление: 0

Гамма-коррекция: [ ]

Цифр.коррекция черный: 0

Цифр.коррекция белый: 255

Затвор напряжение: 1011 вольт

Затвор кол-во эксп.: 1

Затвор период зксп.: 0 мкс

Ниже представлены кадры скоростной видеосъемки работы одноканального имитатора. Для наглядности структуры истекающего плазменного потока, кадры видеосъемки дополнительно обработаны. С помощью ПО Adobe Photoshop проведено кадрирование, инверсия и нормализация по уровню яркости. В результате на изображениях черным отображается поток плазмы. Такое отображение сходно с кадрами, получаемыми в результате теневой съемки процесса.

Следует отметить, что дополнительная обработка искажает относительную яркость кадров. Приведенные выводы о яркости основываются на анализе необработанных изображений

Рис.5.6. Боковая съемка 500 кадров/сек.

Рис.5.7. Фронтальная съемка 500 кадров/сек.

5.2.4 Съемка 10 000 кадров/сек

Параметры съемки:

Расстояние: 5 м

Масса: 30,150,250 мг

Напряжение: 5 кВ.

Емкость: 400 мкФ

Диафрагма: f/8-f/16

Светофильтр: ЗС-2

Кадровый период: 100 мкс

Экспозиция: 94 мкс

Фон: [ ]

Окно: 1280x50

Прореживание: 10

Усиление: 0

Уровень черного: 0

Цифровое усиление: 0

Гамма-коррекция: [ ]

Цифр. коррекция черный: 0

Цифр. коррекция белый: 255

Рис.5.8. Боковая съемка 10 000 кадров/сек.

Рис.5.9. Фронтальная съемка 10 000 кадров/сек.

5.2.5 Съемка 100 000 кадров/сек

Параметры съемки:

Расстояние: 5 м

Масса: 30,150,250 мг

Напряжение: 5 кВ.

Емкость: 400 мкФ

Диафрагма: f/8

Светофильтр: ЗС-2

Кадровый период: 10 мкс

Экспозиция: 4 мкс

Фон: [ ]

Окно: 1280x5

Прореживание: 10

Усиление: 0

Уровень черного: 0

Цифровое усиление: 0

Гамма-коррекция: [ ]

Цифр. коррекция черный: 0

Рис.5.11. Фронтальная съемка 100 000 кадров/сек.

5.2.6 Результаты

Аналогично процессу съемки, рассмотрим результаты обработки кадров истечения плазмы из капилляра в 3-х стадиях. Результаты первой стадии (0-100 мкс) представлены на рисунках 5.12-5.15.

Рис.5.12. Зависимость расстояния от капилляра до фронта плазмы от времени истечения

Рис.5.13. Зависимость диаметра плазменного образования от времени истечения

Рис.5.14. Зависимость скорости переднего фронта плазмы от времени истечения

Рис.5.15. Зависимость скорости расширения плазменного образования от времени истечения

Полученные данные хорошо согласуются с теоретическими предположениями. С уменьшением массы фольги, увеличивается ее сопротивление, а следовательно и эффективность энерговклада в контуре. Также увеличивается доля энергии, вкладываемая в алюминиевую плазму, вследствие уменьшения энергии, необходимой для инициации электровзрыва. Из этого следует что энтальпия плазмы с уменьшением массы увеличивается, а значит и увеличивается его скорость истечения.

Для удобства, проведена аппроксимация динамики потока. Положение переднего фронта истекающей плазмы описывается зависимостью:

Диаметр плазменного образования:

В начальный момент времени скорость радиального расширения плазмы выше осевой, для 150 мг их значения становятся близки с ~50 мкс. Однако с увеличением массы плазмообразующего вещества, скорость радиального расширения значительно превышает осевое. Как видно из результатов аппроксимаций, начальная масса сильнее влияет на формируемый диаметр плазменного образования, чем на осевое истечение. Это важный фактор, который необходимо учитывать при разработке многоканального имитатора.

Динамика истечения в интервале от 0 до 2 мс представлена на рисунках 5.16-5.19.

Для каждой из масс характерна своя динамика течения плазменного образования в медленной стадии. Так, вследствие высокой скорости потока, при массе 30 мг вихрь обладает высокой скоростью расширение, а следовательно и высокой степенью неустойчивости. Вследствие этого уже на 10 мс вихрь не имеет выраженной тороидальной формы. Масса 150 мг характеризуется высокой степенью устойчивости, образуемых вихрей. Среднее время жизни такого вихря более 50 мс, при этом образование имеет ярко выраженную тороидальную структуру. При подрыве 300 мг энергии недостаточно но полную сублимацию алюминиевой фольги, поэтому в потоке плазмы присутствует капельная фаза, имеющая скорость, превышающую скорость потока, образующего вихрь. Вокруг плазменно-вихревого образования образуется пелена, которая закрывает формируемый вихрь.

Рис.5.16. Зависимость расстояния от капилляра до фронта плазмы от времени истечения

Рис.5.17. Зависимость диаметра плазменного образования от времени истечения

Рис.5.18. Зависимость скорости переднего фронта плазмы от времени истечения

Рис.5.19. Зависимость скорости расширения плазменного образования от времени истечения

Аппроксимируя динамике истечения для медленной стадии получим:

В медленной стадии динамика истечения сильно изменяются по сравнению с быстрой стадией. В данной стадии наибольший диаметр имеет плазма, образованная из фольги 250 мг. Это согласуется с представлениями о влиянии внутренней энергии алюминия на формирование медленной стадии. Приблизительно к 0,5 мс формирование плазменного вихря завершается и диаметр образования практически не изменяется. Скорость истечения при этом также выходит на уровень ~50 м/с.

Дальнейшее течение плазменно-вихревого образования зависит от диссипации его энергии. Диссипация энергия минимальна при формировании устойчивой вихревой структуры, что хорошо согласуется с наблюдаемыми экспериментальными исследованиями. Поскольку процесс вихреобразования имеет вероятностный характер, то результаты обработки стадии 0-10 мс приводиться не будут, так как они нуждаются в значительном увеличении статистики по данному вопросу.

5.3 Спектрально-энергетические характеристики одноканального имитатора

Как было показано в разделе 5.1, мощность энерговклада в разряд достигает 50-80 МВт. Благодаря этому наблюдается высокоинтенсивное излучение, как непосредственно плазмы в разряде, так и ударно-сжатого слоя в истекающей струе.

После прекращения разряда интенсивность излучения спадает (спустя пролётное время). Однако, как показывают эксперименты, начиная приблизительно с 200 мкс происходит новый рост интенсивности, связанный с образование плазменного вихря. Таким образом, имеются две характерные стадии излучения - начальная, имеющая длительность порядка времени энерговклада (50 - 100 мкс) и последующая, связанная с излучением вихря, продолжительностью 1 - 10 мс. Первую стадию принято называть быстрой, а вторую медленной [1]. За границу между ними примем момент минимума излучения, т.е. 200 мкс процесса.

Существующие системы обнаружения и наведения реагируют либо на поглощенную дозу, либо на мгновенную мощность излучения. Поэтому является важным определить, какой уровень мощности излучения может быть получен при импульсной истечении плазменной струи.

Исследование характеристик излучения капиллярного плазмотрона в быстрой стадии осуществлялось с помощью фото-электрических приёмников спектрально-диагностического комплекса «Спектр-01К» в четырёх спектральных диапазонах:, , и нм.

Спектральные облучённости фиксировались по направлению истечения плазменной струи с расстояния 500 см от плоскости анода.

Характерные осциллограммы сигналов, регистрируемых датчиками 270, 430, 555 и 1000 нм для масс 30 и 150 мг, представлены на рис. 5.20, а результаты их обработки - на рис. 5.21-5.22.

Видно, что по мере увеличения массы интенсивности излучения снижаются, максимум наступает раньше, длительность импульсов сокращается. Это является вполне предсказуемым: уменьшение вкладываемой в разряд энергии (как полной, так и удельной) должно приводить к меньшей температуре плазмы в разряде и скорости истечения, а следовательно, более слабому излучению ударно-сжатой плазмы.

Согласно рис. 5.21 в, при массе 250 мг излучение фиксируется ещё задолго до взрыва. Причём после взрыва оно спадает. Это можно объяснить тем, что наблюдаемое здесь излучение - искрение между краями фольги и электродами. Проведённые дополнительно эксперименты подтвердили наличие при всех массах излучения, связанного с искрением, если намеренно обеспечить плохой контакт. Полностью устранить искрение не удаётся, однако, из-за малой величины оно заметно лишь при больших массах, когда ток через разряд мал, и выделяющейся мощности недостаточно для разогрева плазмы до высоких температур, необходимых для интенсивного излучения.

Максимальная мощность излучения в быстрой стадии для массы 150 мг составила 0,1 МВт/ср, а сила света - 6,2 Дж/ср.

Рис. 5.20 Осциллограммы с датчиков 270 и 430 нм (а, в), 555 и 1000 нм (б, г) для масс 30 (а, б) и 150 мг (в, г). Напряжение зарядки 5 кВ, запасаемая энергия 2,5 кДж, расстояние 5 м. Ослабляющих элементов нет.

Рис.5.21 Зависимость спектральной силы излучения на длине волны 270, 430, 555 и 1000 нм от времени для масс 30 (а) и 150 мг (б). Напряжение зарядки 5 кВ, запасаемая энергия 2,5 кДж.

Рис. 5.22 Зависимость мощности излучения (толстая) и тока (тонкая) в быстрой стадии от времени для масс 30 (а) и 150 мг (б). Напряжение зарядки 5 кВ, запасаемая энергия 2,5 кДж.

Торможение истекающей из канала плазмотрона струи плазмы в воздухе сопровождается возникновением сложных вихревых течений, приводящих к образованию интенсивно излучающего плазменного тороидального вихря. Как было сказано ранее, это излучение называют медленной стадией.

Характерные осциллограммы сигналов, регистрируемых датчиками 555 и 1000 нм для трёх масс 30, 150 и 240 мг, представлены на рис. 5.23, а результаты их обработки (с учётом смещения плазменного вихря по направлению регистрации) - на рис. 5.24.

Энергия излучения для массы 150 мг составила 150 Дж/ср.

Рис. 5.23 Осциллограммы с датчиков 555 (1) и 1000 нм (2) для масс 30 (а), 150 (б) и 240 мг (в). Напряжение зарядки 5 кВ, запасаемая энергия 2,5 кДж, расстояние 5 м.

Рис.5.24 Зависимость спектральной силы излучения на длине волны 555 (сплошная) и 1000 нм (пунктир) от времени для масс 30 (а), 150 (б) и 240 мг (в). Напряжение зарядки 5 кВ, запасаемая энергия 2,5 кДж.

5.4 СВЧ-свойства одноканального имитатора

Экспериментальные факты прерывания модулированного СВЧ сигнала в период нахождения плазменно-вихревого образования в СВЧ луче по линии визирования «СВЧ генератор-приемник» (рис 5.25.) свидетельствуют об отсечке СВЧ излучения плазмой. Такая отсечка имеет место при концентрации электронов в плазме, выше критического значения n_eкр, при котором показатель преломления плазмы для данной частоты электромагнитных колебаний становится равным нулю, а коэффициент отражения резко возрастает:

см³.

Здесь и - заряд и масса электрона, - скорость света; - длина волны зондирующего излучения.

Рис. 5.25. СВЧ сигнал, регистрируемый приемным каналом ППУ.

см; мг. Развертка - 1 мс/дел.

Время прерывания сигнала мс

Полученное значение n_e является нижней оценкой концентрации электронов в плазме вихря и может указывать на то, что формируемое плазменно-вихревое образование будет также непрозрачно и для более длинноволнового СВЧ излучения.

Максимальная длина волны электромагнитного излучения, экранируемая плазменным шаром, будет, по-видимому, ограничиваться дифракционными эффектами и для данного варианта имитатора составляет ~ 30 см (1 ГГц).

Время прерывания сигнала плазменным шаром сравнимо с временем его излучения, регистрируемого комплексом «Спектр-01К». Следовательно, экранирование пространства при помощи БОД происходит в широком диапазоне длин волн - от УФ до СВЧ.

5.5 Газодинамические характеристики многоканального имитатора

Скоростная съемка многоканального имитатора представляет определенные трудности. Так, согласно экспериментальным данным для одноканального имитатора (рис. 5.13), взаимодействие потоков плазмы происходит при мкс (соответствует мм). Данный процесс возможно зарегистрировать только в режиме съемки не менее 100 000 кадров/сек., однако при таком режиме ширина кадра, регистрируемого видеокамерой «Видеоспринт», составляет 5 пикселей, что не позволяет зафиксировать несколько каналов одновременно. Поэтому съемка производилась только в режимах 10 000 и 500 кадров/сек.

Исследования проводились при массе плазмообразующего вещества 150 мг. Выбор данной массы определялся из условия наиболее устойчивого вихреобразования, поскольку именно взаимодействие вихрей представляло наибольший интерес.

Сравнение газодинамических характеристик многоканального имитатора проведено только с одноканальным имитатором, поскольку многоканальный взрывной источник излучения имел большее число каналов и меньшее расстояние между каналами.

На рисунке 5.26 представлены кадры съемки цветной видеокамерой. Первые 15 мс не показаны из-за засветки. Съемка производилась под углом к имитатора для получения максимально наглядных кадров динамики движения вихря.

Рис. 5.26. Работа многоканального имитатора, 600 кадров/сек.

На рисунках 5.27-5.30 представлены кадры работы одноканального имитатора. Режимы съемки аналогичны режимам, указанным в разделе 4.2.

Рис.5.27. Боковая съемка 500 кадров/сек, m=150 мг.

В результате взаимодействия потоков образуется единое облако плазмы тороидально-вихревой конфигурации. Тороидальная структура потока менее выражена по сравнению с потоком одноканального имитатора, что связано с повышением количества дополнительных факторов, влияющих на устойчивость вихреобразования. Яркость многоканального имитатора значительно превосходит одноканальный имитатор, что связано с высокой удельной энергией плазменного образования и меньшей удельной площадью излучения.

Рис.5.28. Фронтальная съемка 500 кадров/сек, m=150 мг.

На кадре 0,1 мс фронтальной съемки видна неоднородность формы плазменного образования, по форме соответствующая расположению каналов, которая уже к 0,5 мс практически исчезает. При этом к 0,3 мс отчетливо видна светлая область, по форме соответствующая положению капиллярных каналов. Следовательно, до 0,5 мс происходит интенсивное взаимодействие плазменных потоков с ударно-тормозным излучением на границах взаимодействия. При t<2 мс происходит полное перемешивание потоков и выравнивание давления, что характеризуется формированием сфероидного плазменного образования.



Рис.5.29. Боковая съемка 10 000 кадров/сек, m=150 мг.

Рис.5.30. Фронтальная съемка 10 000 кадров/сек, m=150 мг.

Результаты обработки кадров съемки представлены на рисунках 5.31-5.32. Осевая скорость потока многоканального имитатора выше на ~ 15 % по сравнению со скоростью потока одноканального имитатора. Диаметр плазменного образования у многоканального имитатора к 2 мс больше на 80 %. Если учесть расстояние между крайними каналами, равное 60 мм, то разница в диаметре вихря уменьшится до 40%. Повышение скорости радиального и осевого расширения плазменного образования при переходе от одноканальной к многоканальной конфигурации имитатора связано с повышением давления в области взаимодействия потоков.

Рис.5.31. Зависимость расстояния от капилляра до фронта плазмы от времени истечения

Рис.5.32. Зависимость диаметра плазменного образования от времени истечения

При работе многоканального имитатора размеры плазменного вихря превосходят суперпозицию четырех одноканальных имитаторов расположенных идентично каналам многоканального имитатора при отсутствии взаимодействия потоков. Динамика формирования вихря в целом сходна. Вихрь обладает повышенной яркостью, а его стабильность достаточна для эффективного свечения (30-50 мс). Данный результат полностью удовлетворяет газодинамическим требованиям, предъявляемым к многоканальному БОД.

5.6 Спектрально-энергетические характеристики многоканального имитатора

Ниже представлены характерные осциллограммы 5.32 и результаты обработки 5.33-5.35 спектрально-энергетических характеристик быстрой стадии многоканального имитатора.



Рис.5.32. Спектральная облученность на длинах волн 270,430 нм (а) и 555,1000 нм (б,в) в быстрой (а,б) и медленной (в) стадии

Рис.5.33. Спектральная сила излучения многоканального имитатора на длинах волн 270, 430, 555 и 1000 нм

Рис.5.34. Мгновенная мощность излучения многоканального имитатора



Рис.5.35. Сила света многоканального имитатора

Основным поражающим фактором быстрой стадии является мощность излучения. Для многоканального имитатора максимальная мощность излучения составила 0,34 МВт/ср и в 3,3 раза превосходит мощность одноканального имитатора. При этом энергия, выделяемая в быстрой стадии, составляет 15,2 Дж/ср, что в 2,1 раза больше энергии, излучаемой одноканальным имитатором в быстрой стадии.

Сравнение быстрой стадии многоканального имитатора и взрывного источника излучения приведено на рисунке 5.36. Сила излучения отнесена к удельному энерговкладу (Дж/г) в алюминиевую фольгу. Как видно из рисунка, сила излучения БОД превосходит в 2-3 раза. Это связано с тем что испытываемый взрывной источник имел семь каналов с геометрией, отличающейся от геометрии имитатора. К тому же, запасаемая энергия ВВ превышала в 100 раз энергию, запасаемую в батареях имитатора. Удельная мощность излучения БОД выше в 4 раза, что интерпретируется значительным превосходством скорости детонации над скоростью электровзрыва.

Рис.5.36. Сравнение силы света отнесенной к удельному энерговкладу в алюминиевую фольгу многоканального имитатора и БОД

Сравнение силы излучения многоканального и одноканального имитатора указывает на доминирование разных механизмов излучения. Рассмотрим силу излучения на длине волны 270 нм . У одноканального имитатора первый пик излучения (~15 мкс) связан с искрением в канале, которое удалось устранить в многоканальном имитаторе. Второй пик излучения (~30 мкс) связан с ударно-волновым торможением истекающей плазмы. Третий, малый пик (~65 мкс) связан с превалированием расширения площади излучения над процессами охлаждения потока. В многоканальном имитаторе первый пик излучения (~30 мкс) связан с ударно-волновым торможением потока, а второй пик (~45 мкс), вероятно, связан с процессами торможения потока в результате взаимодействия. Важно отметить, что во втором пике излучения многоканального имитатора температура потока значительно выше. Далее проявляется незначительный третий пик излучения (~120 мкс), связанный с превалированием расширения потока. Максимум силы излучения многоканального имитатора превысила максимум для одноканального имитатора в 4,2 раза. Согласно результатам скоростной видеосъемки, на данной стадии площадь излучения плазмы многоканального имитатора превышает площадь плазмы одноканального в ~3 раза. Следовательно, температура плазмы многоканального имитатора превышает температуру плазмы одноканального имитатора. Данный вывод хорошо согласуется с предположением об излучении в результате взаимного торможения потоков плазмы.

На рисунках 5.37-5.40. представлены результаты обработки медленной стадии излучения.



Рис.5.37. Спектральная сила излучения многоканального имитатора на длинах волн 555 и 1000 нм

Рис.5.38. Яркостная температура излучения многоканального имитатора на длинах волн 270, 430, 555 и 1000 нм

Рис.5.39. Мгновенная мощность излучения многоканального имитатора

Рис.5.40. Эффективный диаметр тела свечения при излучении многоканального имитатора

Основным поражающим фактором медленной стадии работы БОД является энергия излучения. Для многоканального имитатора она составила 8300Дж, что в 4,6 раз больше энергии, излучаемой одноканальным имитатором. При этом максимальная мощность излучения составила 1,8 МВт при 0,6 МВт у одноканального имитатора. Максимальный эффективный диаметр тела свечения составил у многоканального имитатора 34 см, у одноканального - 16 см. Цветовые температуры плазмы многоканального и одноканального различаются незначительно (?T<5%). Следовательно, механизм излучения в медленной стадии одинаков - это горение паров алюминия в воздухе.

Рассмотрим динамику излучения вихревого плазменного образования. В отличие от одноканального, у многоканального фронт излучения более пологий. Максимум силы излучения достигается к 3 мс (у одноканального - 1 мс). При этом в 1 мс наблюдается локальный максимум излучения. Вероятно, это связано с процессами перераспределение плотности взаимодействующих потоков. Также наблюдается значительное увеличение времени излучения плазмы многоканального имитатора, прибор регистрирует ~9 мс. Возможной причиной столь значительного увеличения времени излучения (в 2 раза) является, согласно результатам скоростной видеосъемки, уменьшенная удельная поверхность плазменного образования.

Сравнение силы излучения многоканального имитатора со взрывным источником представлено на рисунке 5.41.

Рис.5.41. Сравнение силы излучения многоканального БОД и имитатора.

Пиковая сила излучения БОД на длине волны 1000 нм превосходит имитатор в 2,5 раза в медленной стадии, при этом по длине волны 555 нм сила излучения меньше в 2 раза. Время регистрации излучения для имитатора меньше в 6-7 раз, что объясняется значительной разницей в инициируемой массе алюминия - в БОД инициируемая масса алюминия составила 46 гр., что в 76 раз больше массы фольги в имитаторе. Динамика излучения БОД схожа с имитатором, хотя и сильно затянута по времени.

В результате сравнения четырехканального имитатора с семиканальным взрывным источником излучения еще раз подтверждена схожесть динамики процесса излучения, однако значительная количественная расходимость результатов объясняется различиями в конструкции устройств и инициируемой энергии. Для более детального сравнения имитатора со взрывным источником рекомендуется изготовить четырехканальный БОД с идентичными размерами и взаимным расположением каналов, а также близкими значениями инициируемой энергии и массы плазмообразующего вещества.

Ниже представлена итоговая сводная таблица параметров многоканального имитатора с массой фольги 150 мг.

Таблица 5.1.

Параметр	1 канал	4 канала
Размеры капилляра, мм	Ш10х55	-//-
Вкладываемая энергия, кДж	2,5	10
Напряжение зарядки, кВ	5	-//-
Сопротивление контура, мОм	5-6	-//-
Индуктивность контура, мкГн	0,73	-//-
Максимальный ток, кА	61	-//-
Максимальная электрическая мощность, МВт	100	-//-
Полупериод тока, мкс	40	-//-
КПД энерговклада, %	76	-//-
Инициируемая масса фольги, мг	150	600
Диаметр плазменного шара к 2 мс, см	15,5	27
Максимальная мощность излучения, МВт/ср	0,1	0,34
Энергия излучения, Дж/ср	150	680
Эффективный диаметр тела свечения, см	16	33
Максимальная сила света, МКд	6,2	25
Габариты, мм	-	780х950х430
Масса, кг	-	~120

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения данной дипломной работы получены следующие основные результаты:

1. Разработан и изготовлен четырёхканальный имитатор взрывных источников излучения на основе капиллярного разряда, позволяющий моделировать импульсы различной длительности и энергетики. Основные параметры одного канала: плазмообразующее вещество - алюминий, диаметр капилляра 10 мм, длина 55 мм, вкладываемая за импульс энергия 2,5 кДж, начальное напряжение на батарее конденсаторов 5 кВ, максимальный ток 61 кА достигается при 19 мкс, максимальная электрическая мощность составила 100 МВт. Энергия, запасаемая во всей установке, составила 10 кДж. Для массы фольги 150 мг КПД энерговклада составил 76 %.

2. Разработан и собран экспериментальный стенд имитатора, обеспечивающий измерение электротехнических, термо- и газодинамических, спектрально-яркостных характеристик плазменно-вихревого образования. Приведено полное техническое описание диагностического оборудования. Описана методика обработки экспериментальных данных, проанализированы погрешности проводимых измерений.

3. Проведено экспериментальное исследование одного канала имитатора. Подробно представлены результаты для масс взрываемой фольги: 30, 150 и 250 мг. Приведены электротехнические параметры разряда. Представлены кадры видеоизображения работы одноканального имитатора, графики газодинамических и спектрально-яркостных характеристик имитатора. Для массы 150 мг максимальная мощность излучения составила 0,1 МВт/ср, энергия излучения составила 150 Дж/ср. Видимый диаметр плазменного образования, фиксируемый скоростной видеокамерой, к 2 мс составил 155 мм.

4. Проведено экспериментальное исследование многоканального имитатора при массе взрываемой фольги в канале 150 мг. Представлены газодинамические и спектрально-яркостные характеристики имитатора. Разобран процесс взаимодействия потоков и формирования единого вихревого кольца. Энергия излучения плазменного вихря составила 680 Дж/ср, максимальная мощность излучения - 0,34 МВт/ср. Эффективность преобразования энергии, вкладываемой в нагрузку, в энергию излучения составила 112%. Видимый диаметр плазменного образования, фиксируемый скоростной видеокамерой, к 2 мс составил 270 мм.

5. Проведено сравнение характеристик многоканального имитатора с одноканальным имитатором и многоканальным взрывным источником излучения. Показано качественное соответствие динамики излучения, разобраны причины количественного расхождения.

6. На основе сравнения характеристик многоканального имитатора с одноканальным имитатором и взрывным источником излучения, разработан ряд рекомендаций по дальнейшему исследованию:

- исследовать влияние массы плазмообразующего вещества на характеристики имитатора;

-изготовить четырехканальный взрывной источник с размерами и положением каналов, а также инициируемой энергией и массой плазмообразующего вещества идентичными имитатору, для установления количественной связи между характеристиками имитатора и взрывного источника.

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Жарников М.Н., Камруков А.С., Кожевников И.В., Козлов Н.П., Росляков И.А. Генерация крупномасштабных излучающих вихревых структур при торможении импульсных плазменных струй в воздухе// ЖТФ - 2008. - том 78 - №5 - С. 38-46.

2. Буланов С.С., Есиев Р.У., Жарников М.Н., Камруков А.С., Кожевников И.В., Козлов Н.П., Морозов М.И., Росляков И.А., Степанов Ю.А. Взрывной плазменно-вихревой источник оптического излучения // Письма в ЖТФ - 2008. - том 34 - №1 - С. 74-84.

3. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений/ - 2-е изд., доп. - М.: Энергия, 1966. - 688 с, ил.

4. Огурцова Н.Н., Подмошенский И.В., Роговцев П.Н. Расчёт параметров оптически плотной плазмы разряда с испаряющейся стенкой// ТВТ - 1971.-- том 9 - №3 - С. 468-474.

5. Абрамович Г.Н.: Прикладная газовая динамика. В 2 ч. Ч. 1: Учеб. руководство: Для втузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит, 1991. - 600 с.

6. Голуб В.В., Баженова Т.В. Импульсные сверхзвуковые струйные течения/ отв. ред. В.Е. Фортов; Объед. ин-т высоких температур РАН. - М.: Наука, 2008. - 279 с.

7. Архипов В.П., Жарников М.Н., Камруков А.С. и др.//Сб. науч. тр. VI Межгос. симп. по радиационной плазмодинамике («РПД-2003»). М.:НИЦ «Инженер», 2003. С.202-203

8. Чекмарёв С.Ф. Неустановившееся радиальное расширение газа в затопленное пространство от внезапно включённого стационарного источника// ПМТФ - 1975. - №2 - С. 70-79.

9. Кисаров А.П. Стендовый имитатор активных импульсных оптических помех//Кисаров Антон Павлович/науч. рук. Камруков А.С.;МГТУ-М.,2010 - 59 с.

10. Козлов Н.П., Камруков А.С. и др. Исследование физических механизмов формирования и радиационно-газодинамических свойств крупномасштабных плазменно-вихревых структур в атмосферном воздухе//Отчет НИИ ЭМ - 2010. - ч.2 - 50 с.

11. Буланов С.С., Есиев Р.У., Камруков А.С., Козлов Н.П., Морозов М.И., Росляков И.А. Взрывные плазменно-вихревые источники излучения// ЖТФ - 2010. - том 80 - №11 - С. 87-94.

Размещено на Allbest.ru