автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Исследование электрогазодинамических аэрозольных потоков и электрических разрядов из них

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. N 2.0

ТЕМНИКОВ АЛЕКСАНДР ГЕОРГИЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ АЭРОЗОЛЬНЫХ ПОТОКОВ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ ИЗ НИХ

Специальность 05.14.12 Техника высоких напряжений"

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1994

Работа выполнена на кафедре Техники и электрофизики высоких напряжений МОСКОВСКОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА (Технический университет')

Научный руководитель

Официальные оппоненты

кандидат технических наук, ьедущий научный сотрудник Л.М. Макаяьский

доктор технических наук, профессор С.К. Камзолов

кандидат технических наук, старший научный сотрудник В.Д. Ковалев

Ведущая организация - ЭМЗ им. Мясищева

Защита диссертации состоится " 15 " декабря 1994 г. в аудитории Д - 5 в 13 час. на заседании специализированного совета К. 053.16.07 Московского энергетического института

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 105835 ГСП, Москва, Е-250, Красноказарменная 14, Ученый совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ. Автореферат разослан " Ц ". ИО^луи* 1994 г.

Ученый секретарь специализированного ._

совета К. 053.16.07 к.т.н., с.н.с. /<■^ Т.Н. Тарасова

Актуальность проблемы.

Исследование формирования заряженных аэрозольных потоков и электрических разрядов из них играет важную роль лля внедрения и совершенствования технологических процессов, использующих заряженные аэрозоли, для понимания электрических процессов в атмосфере, разработке теории грозы и усовершенствования на этой базе молниезадиты различных объектов. Не менее ванной ео-енно-прикладной задачей является определение условий применения разрядных явлений в заряженных аэрозолях для вывода из строя ■ различного электронного и электротехнического оборудования систем летательных аппаратов (ЛА).

Использование заряженного аэрозоля позволяет получить наибольшие плотности заряда в газовой среде и, соответственно, высокие напряженности электрического поля вплоть до необходимых для возникновения разрядных явлений. Для создания в свободном пространстве заряженных аэрозольных областей (ЗАО) используют метод, основанный на введении в свободное пространство с помощью скоростного потока заряженных аэрозольных частиц.

Вид возникающих разрядных явлений определяется характером электрического поля в месте их появления. Обычно, при применении заряженных потоков, для расчета электрических полей вблизи них использовали аплроксимационные зависимости распределения объемного заряда, полученные из распределений концентрации, примеси в незаряженных турбулентных струях, а методика расчета электрического поля высокоскоростного заряженного турбулентного потока, учитывающая реальное, экспериментально подтвержденное распределение плотности объемного заряда, отсутствовала. Не рассматривались вопросы динамики формирования заряженного аэрозольного потока с учетом действия электрического поля его объемного заряда, важные с точки зрения быстродействия защиты объектов при использовании для этой цели струй заряженного аэрозоля .

Применение заряженных аэрозольных потоков на летательных

аппаратах требует изучения влияния спутного потока на параметры создаваемого ЗАО.

Искровые разряды из искусственных ЗАО являются специфическим явлением. Несмотря на большой интерес к разрядным явлениям в ЗАО лишь недавно научились получать искровые разряды из искусственных ЗАО. Эти первые результаты позволили установить некоторые феноменологические особенности развития разрядных явлений вблизи заряженных облаков, но требуется дальнейшее исследование условий возникновения и развития разрядов как вблизи, так и в самих заряженных аэрозольных потоках.

Целью работы является исследование формирования электрогазодинамических аэрозольных потоков, электрических разрядов вблизи них на вытянутых объектах и выработка рекомендаций по использованию заряженных струй для защиты ЛА.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методику расчета электрического поля заряженного потока, включая:

- обоснование на базе литературных и полученных экспериментальных данных исходных для разрабатываемой методики параметров заряженного аэрозольного потока;

- разработку методики расчета электрического поля вблизи струи заряженного аэрозоля и проведение по ней расчетов распределения плотности объемного заряда и напряженности электрического ПОЛЯ;

- экспериментальные измерения электрических полей и плотности объемного заряда для проверки разработанной методики.

2. Разработать методику расчета распространения струи заряженного аэрозоля в спутном потоке и без него.

3. Исследовать формирование разрядов вблизи заряженного - аэрозольного потока на вытянутых объектах.

4. Исследовать влияние параметров объекта и его расположения относительно ЗАО на характер возникающих на нем разрядных явлений.

Научная новизна работы.

1. Разработана методика расчета электрического шля заря-

«

женного аэрозольного потока, позволяющая рассчитывать электрогазодинамические характеристики потока, электрические поля вблизи ЗАО, и определены условия ее применения.

2. На основе теоретических и экспериментальных исследований определены распределения скорости и плотности объемного заряда в заряженных затопленных турбулентных аэрозольных струях, экспериментально показано сохранение автомодельности этих параметров в поперечных сечениях заряженных потоков на расстояниях 300-400 калибров от сопла.

3. Разработана методика расчета усредненных траекторий заряженных аэрозольных частиц в турбулентных струях при наличии спутного потока и без него.

4. Показано, что наличие спутного потока стабилизирует воздействие на заряженные аэрозольные частицы электрических сил объемного заряда струи: динамика формирования заряженных и незаряженных струй в спутном потоке практически не отличается."

5. Определены формы разрядных явлений вблизи ЗАО на вытянутых изолированных объектах.

6. На основе теоретических и экспериментальных исследований определены особенности развития разрядных явлений вблизи ЗАО при наличии полых диэлектрических объектов.

Практическая значимость.

1. Разработана методика расчета электрического поля вблизи заряженных аэрозольных потоков по их внешним параметрам, что позволяет определять внешнее электрическое поле в месте возникновения разрядов в электрогазодинамических аэрозольных потоках.

2. Разработана методика применения заряженных аэрозольных, потоков для защиты задней полусферы ЛА путем создания на атакующих управляемых ракетах разрядных явлений, выводящих их из строя. Определены условия возникновения разрядных явлений на управляемых ракетах различного класса и технические параметры систем создания заряженных аэрозольных струй, необходимые для получения электрических полей, требуемых для появления на ракетах разрядных явлений.

( - 6 -

На защиту выносятся:

1. Методика расчета электрического поля заряженного аэрозольного потока.

2. Методика расчета усредненных траекторий заряженных аэрозольных частиц в турбулентных струях при наличии спутного потока и без него.

3. Результаты исследований заряженных аэрозольных потоков и инициируемых ими электрических разрядов.

Внедрение результатов работы:

- ЭМЗ им. Мясищева;

- НПО "ЭКИП"

Апробация работы. Материалы работы докладывались на 9 Международной конференции по.атмосферному электричеству, Санкт -Петербург, 1992 г.; на 21 Международной конференции по молни езащите, Берлин, 1992 г.; на Российской аэрозольной конференции, Москва, 1993; на Международном аэрозольном симпозиуме, Москва, 1994; на 3 Международной конференции "Современные проблемы электрогидродинамики и электрофизики жидких диэлектриков", Петродворец, 1994; на 22 Международной конференции по молниеэащите, Будапешт, 1994; на научных семинарах кафедры ТЭВН МЭИ.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, выпущено 5 научно-исследовательских отчетов.

Структура и объем работы

Диссертация общим объемом 219 стр. состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы ( 73 наименования ), содержит 131 стр. основного текста, 94 рисунка, 1 таблицу, 1 приложение.

Содержание работы

Во введении освещено современное состояние проблемы, отражены актуальные задачи исследований, приведены основные ре-

- 7 -

зультаты диссертационной работы.

В главе 1 анализируется современное состояние проблемы формирования заряженных аэрозольных потоков и получения электрических разрядов из них, рассматриваются способы получения и зарядки аэрозолей, условия формирования заряженных потоков и электрических полей вблизи них, разрядные явления в заряженных аэрозолях.

На основании литературных данных отмечено, что для получения аэрозоля с предельными зарядами, необходимого для создания сильных электрических полей и получения разрядных явлений вблизи ЗАО, наиболее подходят для использования:

- конденсационный генератор заряженных частиц с зарядкой их в поле коронного разряда, при использовании которого образуются капли с наименьшей электрической подвижностью при максимальных зарядах на аэрозоле;

- пневматические распылители с индукционной зарядкой частиц, позволяющие создавать в месте дробления сильные электрические поля при использовании высокоскоростных потоков.

Рассмотрены вопросы транспортировки заряженных аэрозольных частиц и имеющиеся представления о распределении частиц заряженного аэрозоля в электрогазодинамических потоках.

Анализ существующих способов аппроксимации распределения плотности объемного заряда в заряженных аэрозольных струях показал, что отсутствие информации об экспериментально подтвержденном распределении плотности объемного заряда привело к тому, что не решена задача определения условий формирования заряженных областей в транспортирующем потоке, распределения плотности объемного заряда в нем, что необходимо для получения сильных электрических полей в определенном месте пространства.

Рассмотрены вопросы нахождения траекторий заряженных аэрозольных частиц в высокоскоростных злектрогазодинамических потоках и динамики формирования заряженных участков турбулентных струй в спутном потоке и без него.

Рассмотрены имеющиеся представления об условиях возникновения разрядных явлений вблизи искусственных ЗАО. Показано, что не достаточно изучено влияние на разрядные явления размеров и расположения объектов относительно ЗАО, мало исследованы

разрядные явления на изолированных объектах вблизи ЗАО и развитие разряда внутри искусственных ЗАО.

Отсутствие разработок и информации в литературных источниках позволили сформулировать постановку задачи на проведение исследований.

Глава 2 посвящена разработке методике расчета электрического поля заряженного аэрозольного потока, что включает в себя:

- обоснование исходных для разрабатываемой методики параметров заряженного аэрозольного потока на базе анализа экспериментальных и литературных данных;

- разработку методики расчета электрического поля вблизи

нее;

' - проведение измерений и расчетов параметров заряженного потока.для проверки и корректировки разработанной методики.

При разработке методики на основном участке струи можно воспользоваться следующими ограничениями.

1. Для основного участка заряженной струи распределения скоростей и концентраций примеси аналогичны тем, которые используются для незаряженной турбулентной струи.

2. Весь заряд сосредоточен на аэрозольных частицах, т.е. объемный заряд р- распределяется в струе аналогично распределению избыточной концентрации примеси:

10,7 г0 Ро г Г г I.1'5!2

.■■[«-[-гП

Рт - - И Р - Рт ,

И

где ро - плотность объемного заряда в выходном сечении сопла; Рт - плотность объемного заряда на оси струи; го - радиус сопла; г - координата в поперечном сечении; - радиус струи в данном сечении; г - текущая координата вдоль оси струи. 3. Начальная плотность объемного заряда ро определяется выходными параметрами генератора заряженного аэрозоля (ГЗА): 1в

ро--

и0 Э

где 1в - ток выноса ГЗА; и0 - скорость истечения струи; 3 -площадь поперечного сечения сопла.

На основании принятых условий методика расчета электри-

ч - 9 -

ческого поля заряженного аэрозольного потока, которая сводится к следующему:

а) задаются электрические и геометрические параметры струи (ро (1в, ио, Э), характер распределения р); .

б) струя разбивается на диски и кольцевые заряды;

в) проводится расчет электрического поля от каждого кольцевого заряда;

г) проводится векторное сложение электрических полей от всех кольцевых зарядов с учетом зеркальных отображений.

Для уточнения в методике газодинамических характеристик и распределений плотности объемного заряда в заряженной струе и обоснованного их использования проведены экспериментальные измерения. При этом была использована горизонтальная ориентация заряженного потока, удобная для проведения измерений в самом потоке и позволившая измерить на горизонтальной плоскости под струей распределение электрического поля, наиболее чувствительного к изменению плотности объемного заряда и геометрических характеристик заряженного потока.

Была измерена скорость истечения струи из соплового устройства ио- В таблице 1 приведена ее зависимость от давления пара в котле ГЗА.

Таблица 1

р, атм 2 3 4 5 6 7

ио, м/с 384 393 402 410 417 423

Для проведения измерения больших скоростей был разработан специальный датчик. С его помощью и с помощью трубки Пито проведены измерения скоростей в заряженных и незаряженных струях как вдоль оси, так и в поперечных сечениях. Показано, что экспериментально измеренные распределения скоростей как по оси затопленной заряженной струи, так и в ее поперечных сечениях в пределах 300-400 калибров от сопла близки к зависимостям, описывающим распределение скоростей в затопленных незаряженных струях.

При помощи специально изготовленного прибора массового заряда измерены распределения плотности объемного заряда в струе. Показана автомодельность профилей распределения плот-

ности объемного заряда в поперечных сечениях основного участка струи при 1в - 50 мкА; Го - 3 мм; 11о - 440 м/с (рис. 1).

Рис. 1

На основании полученного распределения плотности объемного зарйда по оси струи внесена корректировка в разработанную методику, учитывающая снижение максимальной плотности объемного заряда на оси струи из-за ее расширения под действием электрического поля объемного заряда:

о

Рт*(2) - рт(2) [ ]

где рт(2) - плотность объемного заряда на оси нерасширенной струи; {?(г) - радиус струи в данном сечении без расширения;рт* (г) - плотность объемного заряда на оси расширенной струи; Я*(г) - радиус струи в данном сечении после расширения.

Установлено, что наличие добавок поверхностно-активных веществ в струе и высокой влажности окружающей среды (значительно уменьшающих испарение аэрозоля и уход заряда из аэрозольного потока), а также работа на токах выноса ГЗА не более 100 мкА повышают точность применения разработанной методики.

Проведены модельные расчеты электрического поля на плис-кости под ЗАО для анализа влияния параметров заряженной аэрозольной струи на него. Распределение электрического поля на плоскости имеет квазиоднородный характер, что подтвердили и

экспериментальные измерения. Напряженность.электрического поля, создаваемого заряженным.аэрозольным потоком, чувствительна к углу расширения струи и расположению струи относительно точек измерения, а ее величина пропорциональна току выноса ГЗА 1В и обратно пропорциональна начальной скорости истечения струи 11о и диаметру сопла с1о-

Численные расчеты электрического поля показали совпадение результатов расчетов (Р) с экспериментальными зависимостями (Э) в пределах 5-7 У. (рис. 2).

Е

6 5 к 3 2

кЗ см

О

о. г

1.0

<,г М

Рис. 2

а

г, о

Глава 3 посвящена расчетам усредненных траекторий заряженных аэрозольных частиц в высокоскоростных электрогазодинамических потоках и динамики формирования заряженных участков турбулентных струй в спутном потоке и без него.

Разработана методика расчета усредненных траекторий заряженных аэрозольных частиц на основе метода "крупных чйстиц", учитывающая стоксовские и электрические силы.

Получена аппроксимационная зависимость распределения поперечной скорости потока их в радиальном сечении осесимметрич-ной турбулентной струи:

их -

12,4 и0 го х

X

2 ^(а)

П2

где х - радиальная координата; т. - продольная координата; « -угол расширения турбулентной струи.

Проведены расчеты усредненных траекторий заряженных аэрозольных частиц в заряженных потоках. На рис. 3 показаны усредненные траектории заряженных частиц, находившихся на различных расстояниях от оси струи г* в начале основного участка после включения зарядки.

Анализ усредненных траекторий движения частиц позволил выявить динамику деформации заряженного г участка турбулентной струи во времени и показал, что динамика формирования заряженных участков затопленной струи отличается большим расширением в поперечном направлении, чем для незаряженного, при одинаковом распространении вдоль потока.

Рис. 3

Установлено, что при распространении заряженного участка струи в пределах 300-400 калибров большая часть заряженного аэрозоля остается в пределах газодинамических границ затопленной струи, а вышедшие аэрозольные частицы остаются около ее границ.

Установлено, что время ухода заряженной аэрозольной частицы 1ух от начального положения за границу газодинамического потока аппроксимируется зависимостью:

X 2 - г*

Ъ---- 1п -

г г"

/' 5 16 Г £0 ш

- ; Г* - Г /й ;

Роен д

И - радиус(,струи в начале основного участка; г - координата положения частицы в начале основного участка; роен - средняя плотность объемного заряда в.начале основного участка; т -масса частицы; ч - заряд частицы. Для использовавшихся при расчете условий ( 11о - 400 м/с; 1в - 100 мкА; го - 3 мм; а -0,4 мкм; ч-4 10"17 Кл ) Т - 0,027 с.

Получено аппроксимационное выражение для распределения плотности объемного заряда в струе заряженного аэрозоля при наличии спутного потока:

где т - коэффициент спутного потока: ш - иСп/ио; ио - скорость истечения струи; иСгг скорость спутного потока; ро - плотность объемного заряда в начальном сечении затопленной струи; ке , р - коэффициенты, зависящие от скорости спутного потока; г - текущий радиус; Я - радиус струи в данном сечении.

Проведены модельные расчеты изменения радиуса струи и плотности объемного заряда для сопел разного диаметра и различных скоростей спутного потока. Установлено, что для начальной части основного участка характерно соотношение: чем меньше скорость спутного потока, тем больше плотность объемного заряда на оси струи. Для дальней части основного участка характерно противоположное соотношение.

Проведены расчеты усредненных траекторий заряженных аэрозольных частиц в струе заряженного аэрозоля при наличии спутного потока и показано, что присутствие спутного потока при применении заряженных турбулентных струй играет стабилизирующую роль в отношении воздействия на заряженные аэрозольные частицы электрических сил объемного заряда струи: , динамика формирования заряженных и незаряженных участков струи в спут-ном потоке не имеет отличий ( расхождение при ио - 400 м/с и т > 0,05 менее 1 %).

Глава 4 посвящена исследованию разрядных явлений вблизи заряженных аэрозольных потоков.

Приведены результаты экспериментальных Исследований вблизи ЗАО, которые показали, что наличие ЗАО, создающих в своих окрестностях электрические поля 3 кВ/см и более, обеспечивает появление различных видов разрядных явлений от местной короны до длинных стримеров и лидеров.

Определены условия возникновения разрядных явлений на заземленных проводниках вблизи ЗАО в зависимости от напряженности электрического поля, создаваемого объемным зарядом заряженного потока, и геометрических размеров объекта, позволяющие оценить токовые характеристики возникающих разрядных явлений. На сосредоточенных заземленных объектах при малых радиусах кривизны вершины в диапазоне изменения внешнего электрического поля ЗАО от 3 кВ/см до 6 кВ/см возникает коронный разряд, представляющий собой стоящую на стебле кисточку стримерной короны, угол раствора которой и диаметр стебля увеличиваются с увеличением радиуса кривизны электрода и напряженности поля ЗАО. При радиусах кривизны 5-20 мм и поля от ЗАО 5-6 кВ/см возникает в ряде случаев трубка диффузного свечения, представляющая собой нитевидные каналы стримеров, имеющие длину до 1 м и токи до 1 А. При увеличении внешнего поля ЗАО происходит трансформация диффузной трубки в искровой канал. При напряжен-ностях внешнего электрического поля от ЗАО 5,5-6,0 кВ/см появляются вспышки длинных стримерных разрядов длиной 0,7-0,9 -и токами 0,5-1,2 А. При электрическом поле, создаваемом ЗАО, 6-7 кВ/см и радиусах кривизны вершины стержня 5 мм и более появляются яркие белые лидерные разряды длиной 1-1,5 м и токами 1-3 А, которые завершаются внутри струи заряженного аэрозоля или проходят через весь объем облака.

Показано, что на характер и интенсивность разрядных процессов на заземленных проводниках под заряженным облаком оказывают влияние не только величина электрического поля ЗАО, но и размеры и расположение объектов относительно заряженного потока. Так, расположение вытянутых объектов вдоль заряженного потока приводит к интенсификации разрядных явлений (росту размеров стримерной короны и объема свечения, увеличению числа

мощных стримерных и лядерных разрядов) по всей его длине, так как в этом случае в обеспечении разряда на вытянутых объектах участвует объемный заряд всего заряженного потока. '

Экспериментально установлено увеличение угла раствора стримерной короны при переходе ею границы заряженной струи.

Определены условия возникновения разрядов на изолированном вытянутом объекте, находящемся вблизи ЗАО. На ближнем к ЗАО полусферическом конце цилиндрического проводника во внешнем поле 3,5-4,0 кВ/см появляются очаги местной стримерной короны длиной 5-7. см. С увеличением напряженности поля до 4,5-5,0 кВ/см растет их яркость и длина. Во внешнем поле 6-7 кВ/см появляются стримерные разряды длиной 0,25 - 0,3 м.

Установлено, что попадание части изолированного проводящего объекта во внутрь заряженного потока приводит к интенсификации разрядных явлений и появлению длинных стримеров до 0,3 - 0/4 м длиной с полусферического конца, находящегося вне ЗАО. Это объясняется тем, что в этом случае помимо наведенного потенциала на проводнике от ЗАО и искажения внешнего поля добавляется влияние заряда самого проводника, полученного им от заряженных аэрозольных частиц.

Обосновано и экспериментально подтверждено, что наличие полых диэлектрических объектов вблизи ЗАО приводит к интенсификации разрядных явлений около объектов. Показано, что оседание ионов и заряженных аэрозольных частиц на внутренней и внешней поверхности диэлектрического обтекателя приводит к развитию поверхностных разрядов по этим диэлектрическим поверхностям, появлению мощных разрядов с электродов с токами до 5-6 А внутри полого диэлектрического обтекателя. Обнаружено возникновение на них разрядов того же знака, Что и ЗАО, с токами до 3,5 А.

Для расчета поля внутри полой диэлектрической полусферы получены формулы ее зарядки при оседании на нее заряженных аэрозольных частиц и ионов:

0(1) - я ¿о Е Кг[ 1 + 2 ] [ 1 - ехр [- 6 " К 1 ]]

где Я - радиус полусферы; е - ее:диэлектрическая проницаемость;

е - заряд оседающих частиц; п - концентрация' заряженных частиц; к - подвижность заряженных частиц; Е - внешнее поле.

Ег е - 1 г V ёпк1п-|

Еаа) - Е + — 1+2 - 1 - ехр,--;-

6 I- . е + 2 *1 1 ¿о ^

Выражения подтверждены экспериментальными измерениями.

Глава 5 посвящена практическому применению электрогазодинамических аэрозольных потоков и электрических разрядов из них.

Разработана методика применения заряженных аэрозольных потоков для защиты задней полусферы летательных' аппаратов от атакующих ракет при помощи создания на управляемых ракетах разрядных явлений, нарушающих работу электронного и другого оборудования головок самонаведения и создающих мощные помехи в широком диапазоне частот.

Предложено использование для создания электрических полей в задней полусфере ЛА двух униполярно заряженных струй разного знака и разработана методика расчета электрического поля в задней полусфере (рис. 4).

Рис. 4

Для типичных для ЛА параметров (скорости истечения потока газа и0 - 500 м/с, диаметра сопла с!о - 1 м, разнесения струй Б -4 м, тока выноса ГЗА 1В - 1 мА) рассчитаны электрические поля в задней полусфере ЛА при различных скоростях спутного по-

тока ( скорости ЛА). Наибольший уровень напряженности электрического поля (Е > 0,3 кВ/см),создаваемого заряженными потоками в задней полусфере ЛА лежит в диапазоне расстояний от среза заднего отверстия'до 70 м: чем меньше скорость спутного потока, тем выше значение напряженности поля между струями.

Проведены расчеты влияния на электрическое поле внешних параметров заряженных потоков (скорости истечения газа, тока выноса ГЗА, диаметра сопел и расположения реактивных двигателей) и показано, что их регулировкой можно добиться напряженности электрического поля в задней полусфере не менее 0,4-0,5 кВ/см при широком диапазоне скоростей самолета.

Отмечено, что струи заряженного аэрозоля пересекаются на расстоянии от ЛА, зависящем от скорости спутного потока. При прохождении атакующих объектов между струями на них может происходить осаждение заряженных аэрозольных, частиц, которое увеличивает электрическое поле и повышает вероятность появления разрядных явлений и выход из строя электронного оборудования.

Определены уровни напряженности электрического поля ЗАО, требуемые для возникновения разрядных явлений на попадающих в зону его действия различных атакующих ракет.

Представляя управляемую ракету эллипсоидом, в котором роль осей играют длина и диаметр корпуса ракеты, проведены расчеты напряженности внешнего электрического поля, необходимого для возникновения коронного разряда и стримеров обеих полярностей, для ракет различного класса на разных высотах их полета.

Уровень напряженности электрического поля от ЗАО 0,3-0,5 кВ/см достаточен для возникновения коронного разряда обеих полярностей и положительных стримеров для абсолютного большинства управляемых ракет уже на высотах 0-1 км. Для появления на ракетах отрицательных стримеров необходима напряженность электрического поля от ЗАО 0,5-0,7 кВ/см.

Показана эффективность применения заряженных аэрозольных потоков для защиты задней полусферы ЛА против ракет наземного, морского и воздушного базирования. Оценено время формирования струй заряженного аэрозоля, требуемое для обеспечения защиты задней полусферы ЛА (для ближней зоны 0,1-0,2 с; для дальней

- 18 -

зоны 0,8-1.0 с) при различных скоростях спутного потока.

Отмечено, что использованные на управляемых ракетах инфракрасных, полуактивных и активных головок самонаведения с диэлектрически прозрачными полыми обтекателями приводят к интенсификации разрядных процессов при попадании ракеты в область действия заряженного аэрозоля как вне головки, так и внутри . нее, что приводит к выходу из строя систем управления при меньших напряженностях внешнего электрического поля.

Выводы.

1. Разработана методика расчета электрического поля заряженного, аэрозольного потока, позволяющая рассчитывать газодинамические характеристики потока, электрические поля вблизи 1 ЗАО и возможность возникновения разрядных явлений, и определены условия ее применения. Экспериментально определены распределения скорости и плотности объемного заряда в заряженных затопленных турбулентных аэрозольных струях, показано сохранение автомодельности этих параметров в заряженных потоках на расстояниях 300-400 калибров от сопла.

2. Разработана методика расчета усредненных траекторий заряженных аэрозольных частиц в турбулентных струях при наличии спутного потока и без него. Показано, что в течение промежутка времени после начала зарядки (0,3-1,0 с), достаточного для накопления объемного заряда ЗАО и инициирования разрядных явлений, основная часть заряженного аэрозоля остается в пределах газодинамических границ затопленной струи, а вышедшие заряженные аэрозольные частицы остаются около ее границ. Выявлена стабилизирующая роль спутного потока в отношении воздействия на заряженные аэрозольные частицы электрических сил объемного заряда струи (динамика формирования заряженных и незаряженных струй в спутном потоке практически не отличается) .

3. Выявлен ряд особенностей развития разрядных явлений вблизи ЗАО. Экспериментально показано, что на характер и интенсивность разрядных процессов на объектах под ЗАО оказывают влияние не только величина электрического поля от ЗАО, но и размеры и расположение объектов относительно заряженного потока. Экспериментально показана интенсификация разрядных явлений

на изолированном объекте при его частичном проникновении в ЗАО.

4. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден факт, что присутствие полых диэлектрических поверхностей вблизи ЗАО приводит к интенсификации разрядных процессов около объекта, оседанию ионов и заряженных аэрозольных частиц на внутреннюю и внешнюю поверхности диэлектрического обтекателя, развитию поверхностных разрядов по этим диэлектрическим поверхностям, появлению мощных разрядов с электродов внутри полого диэлектрика, возникновению на них разрядов того же знака, что и ЗАО.

5. Разработана методика применения заряженных аэрозольных потоков для защиты задней полусферы ЛА от атакующих ракет путем создания на них разрядных явлений, выводящих их из строя. Определены условия возникновения различных разрядных явлений на управляемых ракетах разного класса и технические параметры систем создания заряженных аэрозольных струй, необходимые для получения электрических полей, требуемых для появления на ракетах этих разрядных явлений. Наиболее эффективно применение ЗАО при использовании управляемых ракет с инфракрасными, активными и полуактивными головками самонаведения, имеющих диэлектрически прозрачные обтекатели.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах :

1. Анцупов К.В., Верещагин И.П., Темников А.Г. и др. Восходящие лидеры и разряды из заряженного аэрозольного облака / 9 Международная конференция по атмосферному электричеству: Тр. - Санкт-Петербург (Россия). 1992,- с. 360-363.

2. Анцупов К.В., Верещагин И.П., Темников А.Г. и др. Применение заряженного аэрозольного облака для моделирования восходящего лидера / 21 Международная конференция по молниезащи-те: Тр.- Берлин (Германия). 1992,- с. 25-27.

3. Анцупов К.В., Кошелев М.А., Макальский Л.М., Темников А.Г. Возникновение электрических разрядов в заряженных аэрозолях / Российская аэрозольная конференция: Тез. докл.- М.: 1993.- с.7.

4. Макальский Л.М., Орлов A.B., Темников А.Г. Распростра-

нение заряженного потока / Российская аэрозольная конференция: Тез. докл.- М.: 1993.- с.8.

5. Макальский Л.М.. Орлов A.B., Темников А.Г. Изменение плотности объемного заряда в заряженных аэрозольных потоках / Международный аэрозольный симпозиум: Тез. докл.- М. : 1994,- с. 24.

6. Кошелев М.А., Макальский Л.М., Темников А.Г. и др. Моделирование разрядных явлений грозовых облаков / Международный аэрозольный симпозиум: Тез. докл.- М.: 1994,- с. 29.

7. Дьяков А.Ф., Макальский Л.М., Темников А.Г. и др. Возможные причины поражения линий электропередач сверхвысокого напряжения разрядами молнии.- М.: 1994,- 1" е.- Деп. в Инфор-мэлектро 25.05.94, N 25-ЭТ94.

8. Макальский Л.М., Орлов A.B., Темников А.Г. Рапростра-нецие заряженных двухфазных течений / 3 Международная конференция "Современные проблемы электрогидродинамики и электрофизики жидких диэлектриков": Тез. докл.- Петродворец (Россия). 1994,- с. 87-88.

9. Анцупов К.В., Верещагин И.П., Макальский Л.М., Темников А.Г. Энергетические характеристики разрядов, инициированных облаком заряженного аэрозоля / 22 Международная конференция по молниезащите: Тез. докл.- Будапешт (Венгрия)., 1994.- с. 144.

10. Макальский Л.М., Никитин O.A., Орлов A.B., Темников А.Г. Возможный механизм прорыва молнии к проводам линии электропередач / 22 Международная конференция по молниезащите: Тр,-Будапешт (Венгрия). 1994,- R6b-07.

1 lo/uiiicHiip к печати Л - ■ л-,

Печ. л. Тираж lUU Заказ У-ОЛ

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13. '