Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Целью представленной работы было продемонстрировать возможности мощного высокочастотного индукционного плазмотрона ВГУ-4 (ИПМех РАН) [1] при экспериментальном исследовании теплообмена, моделирующем условия входа в атмосферу современного космического аппарата. Рассмотрена возможность воспроизвести в высокоэнтальпийных струях установки тепловые потоки в области лобовой точки космического аппарата Orion для случая спуска с международной космической станции (МКС) и при возвращении с Луны.
Для случая спуска с МКС проведена оценка конвективных тепловых потоков в ряде точек траектории. Расчеты проводились по корреляционному соотношению Брандиса и Джонстона [2]. На основе полученных значений конвективных тепловых потоков и анализа доступных данных о радиационных тепловых потоках [3] был выбран режим эксперимента, соответствующий плотности теплового потока 50 Вт/см2, расходу воздуха 2,4 г/c и давлению в барокамере установки 0,07 атм. Подбор параметров работы установки, обеспечивающих заданный режим нагрева, осуществлялся с помощью водоохлаждаемой цилиндрической модели, оснащенной стационарным проточным калориметром с тепловоспринимающей поверхностью из меди. Были получены зависимости тепловых потоков от мощности ВЧ-генератора плазмотрона по анодному питанию для случая истечения дозвуковой струи воздушной плазмы из цилиндрического разрядного канала диаметром 80 мм и из конического водоохлаждаемого сопла c диаметром выходного сечения 50 мм. С помощью трубок Пито измерены скоростные напоры на оси дозвуковой струи.
Для случая возвращения аппарата с Луны с учетом расчетных данных [4] были выбраны параметры установки, обеспечивающие максимальную плотность теплового потока 250 Вт/см2.
Выполнены эксперименты по нагреву в дозвуковом потоке диссоциированного воздуха цилиндрических образцов-демонстраторов из стеклопластика диаметром 42 мм. Продолжительность воздействия при плотности теплового потока 50 Вт/см2 составила 300 с. Продолжительность воздействия при плотности теплового потока 250 Вт/см2 составила 100 с. Максимальная температура поверхности образцов по данным пирометра спектрального отношения при плотности теплового потока 50 Вт/см2 составила 1600 ºC, а при плотности теплового потока 250 Вт/см2 — 2190 ºC.
Показаны различия в состоянии поверхности образцов для двух вариантов нагрева в диссоциированном потоке воздуха. При плотности теплового потока 50 Вт/см2 на поверхности образовался стекловидный слой и произошло расслоение материала, но практически не изменилась геометрия образца, в то время как при воздействии теплового потока плотностью 250 Вт/см2 наблюдались плавление и существенная деформация образца.
Работа выполнена по теме государственного задания (№ госрегистрации АААА-А20-120011690135-5) на уникальной научной установке (УНУ) «Высокочастотные индукционные плазмотроны ВГУ-3 и ВГУ-4» (https://ckp-rf.ru/usu/441568/).
