مطالعة تجربی تضعیف موج ضربه‌ای درعدد ماخ 2/45 با آیرو - اسپایک پلاسما و مغناطیس

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری / گروه مکانیک، دانشکدة فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه

2 عضو هیات علمی / گروه مکانیک، دانشکدة فنی مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه

چکیده

در این پژوهش، تضعیف امواج ضربه‌ای به‌وسیلة مشاهدات کیفی تخلیة پلاسما در ماخ 2/45 و آزمایش‌های محیطی ارزیابی شده است. پلاسما روی مدل آیرو - اسپایک با تخلیة الکتریکی 50 هرتز، 50 میلی‌آمپر و 30 کیلوولت تولید شده و از تکنیک شادوگراف با 300 فریم بر ثانیه و دوربین ویدئویی با 1000 فریم بر ثانیه برای ثبت نتایج کیفی استفاده شده است. نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهد که افزایش میدان مغناطیسی علاوه بر پایداری بیشتر در تخلیة تابان، افزایش فرکانس، تغییر مسیر ذرات باردار از دایره‌ای به سیکلوترونی و هم‌پوشانی بهتر پلاسما، سبب ضخیم‌تر شدن ضخامت لایة شوک هم می‌شود. تصاویر شادوگراف در ماخ 2/45 نشان می‌دهد که ترکیب مغناطیس و پلاسما سبب افزایش 7/5 درجه در زاویة موج و در نتیجه ضعیف‌تر شدن موج ضربه‌ای شده و در پائین اسپایک باعث ناپدیدشدن موج منحنی شده است. لذا این روش منجر به حذف امواج ضربه‌ای در عدد ماخ 2/45 و کاهش پسای موجی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental study of shock wave mitigation at mach 2.45 using aero-spike plasma

نویسندگان [English]

  • Mahdi Rahimi 1
  • Akram Khodayari 2
  • Farzad Veysi 2
1 PhD student / Mechanics department, Faculty of Engineering, Razi University, Kermanshah
2 Assistant professor / Mechanics department, Faculty of Engineering, Razi University, Kermanshah
چکیده [English]

In this study, shock wave mitigation technique was analyzed using qualitative observations of plasma discharge in Mach 2.45 and atmospheric conditions testing. Plasma was produced in front of the aero-spike model by a 50 Hz, 50 mA, 30Kv electrical discharge and shadowgraph imaging technique at 300 frame per second and camera recording at 1000fps were used to record the qualitative results. Laboratory results show that increasing the magnetic field increases the frequency, stabilizes the glow discharge, changes the motion path of the charged particles from circular to cyclotron, improves plasma overlapping and also thickens the shock layer. Shadowgraph images at Mach 2.45 show that combining magnetism with and increased by 7.5 degrees at a shock wave angle and mitigates shock waves and removes the bow shock downstream of the spike. This is the most important result that indicates combining plasma and magnetism can remove shock waves at supersonic speeds and thus reduce wave drag.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shockwaves
  • Drag reduction
  • Supersonic
  • Aero-spike plasma
  • Magnetic field

[1] Yu Ch. Ganiev, V. P. Gordeev, A. V. Krasilnikov, V. I. Lagutin, V. N. Outmenikov, A. V. Panasenkov, Aerodynamic Drag Reduction by Plasma and Hot-Gas Injection, Journal of Thermophysics and Heat Transfer, January, Vol. 14, No.1 pp. 10-17, 1998.

[2] M. Mumivand, H. Mohammad Khani, Numerical study of aerodynamic drag reduction blunt nose with Spike and Jet injection combined axial and transverse, Journal of Mechanical Engineering modares, Vol. 16, No.7, pp. 133-142, 2016. (in Persian)

[3] J. S. Shang, Magneto- Aerodynamic Interaction in Weakly Ionized Hypersonic Flow, AIAA, Vol. 40, No.,pp.1170-77, 2002.

[4] A. Buseman, Elements of Aerodynamics of Supersonic Flow, The Macmillan Co., New York, pp.117-160, 1949.

[5] A. Kantrowitz, Flight Magnetohydrodynamics, pp. 221-232, Addison Wesley, 1960.

[6] D. Riggins, H. F. Nelson, E. Johnson, Blunt –Body Wave Drag Reduction Using Focused Energy Deposition, AIAA J., Vol. 37, pp. 460-464, 1996.

[7] E. D. Katzen, G. E. Kaattari, Inviscid Hypersonic Flow around Blunt Bodies, AIAA J., Vol. 3, pp. 1230-1237, 1965.

[8] R. Appartaim, E. D. Mezonlin, J. A. Johnson, Turbulence in Plasma-Induced Hypersonic Drag Reduction, AIAA J.,Vol. 40, 2002.

[9] V. P. Gordeev, A. V. Krasilnikov, V. I. Lagutin, V. N. Otmennikov, Plasma Technology for Reduction of Flying Vehicle Drag, Fluid Dynamics, pp. 312-313, 1996.

[10] R. J. Exton, B. Shirinzadeh, G. J. Brauckmann, G. C. Herring, W. C. Kelliher, On-Board Projection of a Microwave Plasma Upsteam of a Mach 6 Bow Shock Phys. Plasmas, Vol. 8, No. 11, pp. 5013-5017, 2001.

[11] A. S. Baryshnikov, I. V. Basargin, E. V. Dubinina, D. A. Fedotov, Rearrangement of The Shock Wave Structure in a Decaying Discharge Plasma, Tech. Phys. Lett., Vol. 23, No. 4, pp. 259-260, 1997.

[12] S. P. Kuo, I. M. Kalkhoran, D. Bivolaru, L. Orlick, Observation of Shock Wave Elimination by a Plasma in a M=2.5 Flow, Physics of Plasmas, Vol. 7, No. 5, pp. 1345-1348, 2000.

[13] S. P. Kuo, D. Bivolaru, Plasma Effect on Shock Waves in a Supersonic Flow, Physics of Plasmas, Vol. 9, No. 2, pp. 721-723, 2001.

[14] Chang K. Paul, Leading-Eadge Flow Seperation, ed., Pergamon, pp. 452-530, 1970.

[15] D. Bivolaru, S. P. Kuo, Aerodynamic Modification of Supersonic Flow around Truncated Cone Using Pulsed Electrical Discharges, AIAA J., Vol. 43, pp. 482-489, 2005.

[16] S. P. Kuo, Plasma Mitigation of Shock Wave: Experimental and Theory, Shock Waves, Vol. 17, pp. 225-239, 2007.

[17] S. P. Kuo, Air Plasma Mitigation of Shock Wave, Advances in Aerospace Science and Technology, Vol. 1, pp. 59-69, 2016.

[18] Equation, Table and Charts for Compressible Flow, 1953, http://naca.central.cranfield.ac.uk (accessed Dec 20, 2018).

[19] D. H. Michael, E. C. Rachel, M. Jaysen, K. Jayanta, A. Kareem, G.W. Jennifer, M. Calle, Revision of Paschen’s Law Relating to the ESD of Aerospace Vehicle Surfaces, 2017, https://ntrs.nasa.gov/search.jsp (accessed Dec 20, 2018).