ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 533.9

Технічна механіка, 2019, 3, 45 - 53

ЧИСЛОВЕ МОДЕЛЮВАННЯ ВІЛЬНОМОЛЕКУЛЯРНОГО ОБТІКАННЯ НАДЗВУКОВИМ ПОТОКОМ ПЛАЗМИ ЗАРЯДЖЕНОГО ПРОВІДНОГО ЦИЛІНДРА ПОБЛИЗУ ПРОВІДНОЇ ПОВЕРХНІ

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2019.03.045

Лазученков Д. М., Лазученков М. М.

Лазученков Д. М.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Лазученков М. М.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      На прикладі модельної задачі розглянуто вплив навколишніх провідних тіл на збирання заряджених частинок плазми провідним циліндром. Ціллю статті є дослідження впливу близько розташованого провідного тіла на збирання іонного струму зарядженим циліндром при поперечному обтіканні надзвуковим потоком беззіштовхувальної неізотермічної плазми. На основі двовимірної системи рівнянь Власова–Пуассона проведено моделювання поперечного обтікання надзвуковим вільномолекулярним потоком плазми системи нескінченно довгих тіл "циліндр – смуга". Задачу розв’язано кінчено-різницевим методом установлення з розщепленням за фізичними процесами на вкладених сітках. При розрахунку відштовхуючого електрони локально рівноважного самоузгодженого електричного поля використано наближення Пуассона–Больцмана з модельним розподілом концентрації електронів. Проведено аналіз картини вільномолекулярного обтікання неізотермічною плазмою системи провідних тіл "циліндр – смуга". Введено числові параметри, що визначають особливості обтікання розглянутої системи тіл і збирання струму циліндром. Розраховано іонні струми на заряджений циліндр, що обтікається поперечно, в залежності від його потенціалу, ступеня неізотермічності плазми та розташування циліндра відносно провідної поверхні, що знаходиться під потенціалом, близьким до плаваючого. За результатами числового моделювання отримано кількісні характеристики впливу провідної поверхні на збирання іонного струму зарядженим циліндром. Результати можуть бути використані при розробці взаємодіючих з потоком низькотемпературної розрідженої плазми наукових і технологічних діагностичних приладів, проектуванні елементів конструкцій перспективних космічних апаратів та систем.
     

потік розрідженої неізотермічної плазми, поперечне обтікання системи тіл "циліндр – смуга", система рівнянь Власова–Пуассона, метод розщеплення, вкладені сітки, розрахунки іонного струму на циліндр поблизу провідної поверхні

1. Чан П., Толбот Л., Турян К. Электрические зонды в неподвижной и движущейся плазме. М.: Мир, 1978. 201 с.

2. Альперт Я. Л., Гуревич А. В., Питаевский Л. П. Искусственные спутники в разреженной плазме. М.: Наука, 1964. 382 с.

3. Godard R., Laframboise J. Total current to cylindrical collectors in collision less plasma flow. Planetary Space Science. 1983. V. 31, № 3. Р. 275–283. https://doi.org/10.1016/0032-0633(83)90077-6

4. Xu G. Z. The interaction of a moving spacecraft with the ionosphere: Current collection and wake structure: Ph.D. dissertation. York University, 1992. 258 p.

5. Choiniere E. Theory and experimental evaluation of a consistent steady-state kinetic model for two-dimensional conductive structures in ionospheric plasmas with application to bare electrodynamic tethers in space : Ph.D. dissertation. University of Michigan, 2004. 288 p.

6. Котельников В. А., Ульданов С. В., Котельников М. В. Процессы переноса в пристеночных слоях плазмы. М.: Наука, 2004. 422 с.

7. Гаранин С. Б. Взаимодействие заряженных тел в плазме: дис. … канд. физ.-мат. наук. Москва, 2010. 165 с.

8. Лазученков Д. Н. Расчет отталкивающего электроны самосогласован¬ного электрического поля вблизи обтекаемого потоком разреженной плазмы цилиндра. Техническая механика. 2012. №4. С. 27–35.

9. Лазученков Д. Н., Лазученков Н. М. Моделирование взаимодействия потока разреженной плазмы с обтекаемым заряженным проводящим цилиндром вблизи проводящей поверхности. Техническая механика. 2014. №2. С. 63–72.

10. Лазученков Д. Н., Лазученков Н. М. Математическое моделирование обтекания проводящего цилиндра сверхзвуковым потоком бесстолкновительной плазмы. Технічна механіка. 2019. №1. С. 63–74. https://doi.org/10.15407/itm2019.01.063

11. Гуревич А. В., Питаевский Л. П., Смирнова В. В. Ионосферная аэродинамика. Успехи физических наук. 1969. Т. 99, № 1. С. 3–49. https://doi.org/10.3367/UFNr.0099.196909a.0003

12. Latramboise J. G. Theory of Spherical and Cylindrical Langmuir Probes in a Collisionless Maxwellian Plasma at Rest. Report, No. 100. Univ. of Toronto, Institute of Aerospace Studies. 1966. 210 c. https://doi.org/10.21236/AD0634596

13. Алексеев Б. В., Котельников В. А. Зондовый метод диагностики плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1988. 240 с.

14. Грановский В. Л. Электрический ток в газе. В 2 т. Т. 1. Общие вопросы электродинамики газов. М.: Гостехиздат, 1952. 432 с.

Copyright (©) 2019 Лазученков Д. М., Лазученков М. М.

Copyright © 2014-2019 Технічна механіка