Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) Русский Русский
English English

Проезд
Карта сайта
НовостиОб институтеЛабораторииСоветыДиссертационный советОбразованиеКонференции, семинарыЖурналы, книги, ресурсыСотрудникам

Высокочастотные индукционные плазмотроны ВГУ-3 и ВГУ-4

Перечень оборудования


п/п
ПлазмотронБалансовая
(восстановительная)
стоимость
(руб. за шт.)
Балансовая
(восстановительная)
стоимость
(млн. руб.)
Кол-во
единиц
1Плазмотроны ВГУ-3 и ВГУ-418119521,8121 к-т
2Вакуумный насос НВЗ-3004955000,4961 шт.
3Расходомер контроллер MKV-306355180,0712 шт.
4Расходомер контроллер MKV-396450170,0451 шт.
5АЦП-E-270284280,0853 шт.
6Датчик давления АИР-20ДА/М2177250,0714 шт.
7Датчик давления АИР-10Д267020,0132 шт.
8Датчик давления АИР-20ДД/М2235520,0472 шт.
9Термовизор Тандем VS-4153000000,3001 шт.
10Пирометр спектрального отношения Mikron M770S1298000,1301 шт.
11Пирометр полного излучения Кельвин-2100, 2100/5235410,0472 шт.
12Пирометр инфракрасный Кельвин c адаптером CL420-0210550,0211 шт.
13Спектрометр HR-400011382171,1381 к-т
14Спектрометр SP-558с оптическим детектором на ПЗС-матрице (ОMА-V)59001975,9001 к-т
   10,176 

100-киловаттный высокочастотный индукционный плазмотрон ВГУ-4

Плазмотроны ВГУ-3 и ВГУ-4
  • Источник питания плазмотрона – высокочастотный генератор ВЧИ-11-60/1.76.
  • Испытательная камера предназначена для поддержания заданного рабочего давления при термохимическом воздействии на поверхность материалов высокоэнтальпийных потоков химически активных газов.
  • Индукторная камера, расположенная внутри испытательной камеры, обеспечивает работу индуктора при атмосферном давлении.
  • Разрядное устройство, включающее разрядный канал, индуктор, верхний и нижний интерфейсы разрядного канала, формирователь газового потока, а также, если это необходимо – сопловой блок.
  • Два устройства позиционирования образцов, моделей и датчиков в плазменной струе обеспечивающие их ввод в струю и вывод из струи, а также их перемещения в струе в осевом и радиальном направлении.
  • Водоохлаждаемые экраны для защиты внутренней поверхности стенок барокамеры от нагрева возвратными потоками горячего газа расположены внутри барокамеры, повторяя её форму.
  • Система подачи рабочего газа в разрядный канал обеспечивает подачу газа (или газов) в разрядный канал, измерение и стабилизацию расхода.
  • Система откачки предназначена для установления и поддержания заданного давления в испытательной камере, охлаждения высокотемпературного газового потока, нагретого в разрядном канале, перед откачкой и выброса откачанных газов в окружающую среду. Эта система включает в себя вакуумный насос НВЗ-300, два вакуумных насоса НВЗ-500 общей производительностью 1300 л/c, водоохлаждаемый вакуумный трубопровод, теплообменник «плазма – вода», вакуумный трубопровод, вакуумные клапаны и задвижки, вытяжной вентилятор. При этом водоохлаждаемый вакуумный трубопровод и теплообменник входят также и в состав системы охлаждения.
  • Система охлаждения обеспечивает водяное охлаждение теплонапряжённых элементов систем индукционного плазмотрона, таких как анод генераторного триода, индуктор, индукторная камера, сопловой блок, теплообменник, водоохлаждаемый вакуумный трубопровод и др. Каждый охлаждаемый элемент имеет индивидуальный контур охлаждения, оборудованный ротаметром для измерения расхода воды и двумя термометрами для измерения температуры охлаждающей воды на входе и выходе.
  • Регистрация мощности анодного питания осуществляется с помощью сенсоров, входящих в состав ВЧ-генератора плазмотрона ВГУ-4, и АЦП Е-270, который также используется для регистрации давлений и температур, измеренных пирометрами и термопарами.
  • Регистрация давлений осуществляется датчиками «Элемер АИР-20/М2» и датчиками «Элемер АИР-10». Разности давлений измеряются датчиком «Элемер 20ДД/М2».
  • Расход рабочих газов задаётся расходомерами-контроллерами «MKS-1559» и «Bronkhorst MKV-306».
  • Регистрация зависимости температуры от времени в критической точке образцов и высокотемпературных моделей осуществляется с помощью пирометра «MIKRON M-770S», обеспечивающего измерение как яркостной, так и цветовой температуры в диапазоне 1000 – 3000°С.
  • Для регистрации изменяющегося во времени поля температуры на поверхности исследуемого образца, модели или фрагмента конструкции в диапазоне 700 – 2300°С используется термовизор «Тандем VS-415U».
  • Радиационная температура поверхности в диапазоне 1100 – 2300°С измеряется пирометром полного излучения «Кельвин-2300».
  • Для измерения низких температур в диапазоне 20 – 1200°С используется инфракрасный пирометр «Кельвин-1200/175Д».
  • Для исследования спектров пограничного слоя и потоков плазмы применяются спектрометр «Acton Research SP-558» с приёмником «Princeton Instruments OMA-V» (scientific grade CCD 16-bit 1340×1300), а также три спектрометра «Ocean Optics HR4000» на различные спектральные интервалы.

1000-киловаттный высокочастотный индукционный плазмотрон ВГУ-3

  • Источник питания плазмотрона – высокочастотный генератор ВЧС1-630/0.44.
  • Остальные системы установки те же, что и у плазмотрона ВГУ-4.

Система откачки у двух плазмотронов общая. Набор идентичных датчиков давления и система регистрации данных у каждого плазмотрона свой, а комплект средств измерения температур имеется только один и перемещается с установки на установку по мере необходимости.

Методики измерения

  1. Методика измерений тепловых потоков к поверхности водоохлаждаемых моделей в точке торможения с помощью калориметров, изготовленных из различных металлов и кварца.
  2. Методика измерений давлений торможения и скоростных напоров с помощью водоохлаждаемых трубок Пито.
  3. Методика определения энтальпии дозвуковых высокотемпературных потоков химически активных газов.
  4. Методика измерения поля температуры на поверхности исследуемого образца, модели или фрагмента конструкции в диапазоне 700 – 2300°С с помощью термовизора «Тандем VS-415U».
  5. Методика измерений радиационной температуры поверхности в диапазоне 1100 – 2300°С с помощью пирометра полного излучения «Кельвин-2300».
  6. Методика измерений низких температур поверхности образцов материалов в диапазоне 20 – 1200°С с помощью инфракрасного пирометра «Кельвин-1200/175Д».
  7. Методика исследований спектров пограничного слоя и потоков плазмы с помощью спектрометра «Acton Research SP-558» с приёмником «Princeton Instruments OMA-V» (scientific grade CCD 16-bit 1340×1300), а также трех спектрометров «Ocean Optics HR4000» на различные спектральные интервалы.
  8. Экспериментально-расчетная методика определения эффективных коэффициентов гетерогенной рекомбинации атомов N, O и молекул CO на поверхности образцов материалов при высоких температурах в дозвуковых высокоэнтальпийных потоках молекулярных газов (воздух, азот, углекислый газ).
  9. Методика определения степени черноты поверхности материалов при высоких температурах.
  10. Методики экспериментальных исследований образцов материалов и элементов тепловой защиты на термохимическую стойкость и ресурсную работоспособность при условиях, локально моделирующих аэродинамический нагрев при входе затупленных тел в атмосферу Земли и Марса.

Типовые работы и оказываемые услуги

  1. Локальное моделирование аэродинамического нагрева поверхности тепловой защиты для условий входа затупленных тел в атмосферу Земли и Марса.
  2. Испытания образцов материалов и фрагментов тепловой защиты в до- и сверхзвуковых высокоэнтальпийных потоках молекулярных газов (воздух, азот, углекислый газ) на термохимическую стойкость и ресурсную работоспособность.
  3. Определение эффективных коэффициентов гетерогенной рекомбинации атомов N, O и молекул CO на поверхности образцов теплозащитных материалов при высоких температурах в дозвуковых высокоэнтальпийных потоках молекулярных газов (воздух, азот, углекислый газ).
  4. Определение степени черноты поверхности теплозащитных материалов при высоких натурных температурах.
  5. Стоимость типовых работ и услуг от 50000 рублей за один цикл испытаний на ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 и от 100000 рублей за один цикл испытаний на ВЧ-плазмотроне ВГУ-3.

Регламент доступа к оборудованию

Доступ к ВЧ-плазмотронам ВГУ-3 и ВГУ-4 для проведения научных исследований, осуществления экспериментальных разработок и испытаний образцов теплозащитных материалов и фрагментов тепловой защиты на термохимичекую стойкость и ресурсную работоспособность в интересах третьих лиц имеют только аттестованные сотрудники лаборатории взаимодействия плазмы и излучения с материалами.

Адрес расположения

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН)
Лаборатория взаимодействия плазмы и излучения с материалами
119526, г. Москва, проспект Вернадского, д. 101, корп. 1

Руководитель работ

Зав. лабораторией взаимодействия плазмы и излучения с материалами,
д.ф.-м.н. Колесников Анатолий Федорович

Выборочный список публикаций, подготовленных с использованием установки

  1. Колесников А.Ф., Гордеев А.Н., Васильевский С.А. Теплообмен в дозвуковых струях диссоциированного азота: эксперимент на ВЧ-плазмотроне и численное моделирование // Теплофизика высоких температур. 2018. Т. 56. № 3. С. 417-423.
    DOI: 10.7868/S0040364418030146
    [MathNet]

    = Kolesnikov A.F., Gordeev A.N., and Vasil'evskii S.A. Heat Transfer in Subsonic Flows of Dissociated Nitrogen: HF Plasmatron Experiment and Numerical Simulation // High. Temp. (2018) Vol. 56. Iss. 3. P. 398-403.
    DOI: 10.1134/S0018151X18030124
  2. Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Сахаров В.И. Эксперимент на ВЧ-плазмотроне и численное моделирование теплообмена в недорасширенных струях диссоциированного азота // Изв. РАН. МЖГ. 2017. № 6. С. 79-88.
    DOI: 10.7868/S0568528117060093
    [МЖГ]

    = Gordeev A.N., Kolesnikov A.F., and Sakharov V.I. HF-plasmatron experiment and numerical simulation of heat transfer in underexpanded dissociated-nitrogen jets // Fluid. Dyn. (2017) Vol. 52. Iss. 6. P. 786-796.
    DOI: 10.1134/S0015462817060076
  3. Васильевский С.А., Гордеев А.Н., Колесников А.Ф. Локальное моделирование аэродинамического нагрева поверхности затупленного тела в дозвуковых высокоэнтальпийных потоках воздуха: теория и эксперимент на ВЧ-плазмотроне // Изв. РАН. МЖГ. 2017. № 1. С. 160-167.
    DOI: 10.7868/S0568528117010169
    [МЖГ]

    =Vasil'evskii S.A., Gordeev A.N., and Kolesnikov A.F. Local modeling of the aerodynamic heating of the blunt body surface in subsonic high-enthalpy air flow. Theory and experiment on a high-frequency plasmatron // Fluid. Dyn. (2017) Vol. 52. Iss. 1. P. 158-164.
    DOI: 10.1134/S001546281701015X
  4. Колесников А.Ф., Гордеев А.Н., Васильевский С.А., Сахаров В.И. Теплообмен в неравновесных струях диссоциированного азота: эксперимент на ВЧ-плазмотроне и численное моделирование // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2016. Т. 17. Вып. 2.
    [chemphys]
  5. Колесников А.Ф., Сахаров В.И. Подобие теплообмена модели в недорасширенных струях диссоциированного воздуха в ВЧ-плазмотроне и при обтекании сферы высокоскоростным потоком в земной атмосфере // Изв. РАН. МЖГ. 2016. № 3. С. 110-116.
    DOI: 10.7868/S0568528116030099
    [МЖГ]

    = Kolesnikov A.F. and Sakharov V.I. Similarity between the heat transfer to a model in an underexpanded dissociated-air jet of a high-frequency plasmatron and to a sphere in a high-velocity flow in the terrestrial atmosphere // Fluid. Dyn. (2016) Vol. 51. Iss. 3. P. 400-405.
    DOI: 10.1134/S0015462816030121
  6. Симоненко Е.П., Гордеев А.Н., Симоненко Н.П., Васильевский С.А., Колесников А.Ф., Папынов Е.К., Шичалин О.О., Авраменко В.А., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Исследование поведения керамических материалов HfB2-SiC (10, 15 и 20 об. %) в потоках высокоэнтальпийного воздуха // Журнал неорганической химии. 2016. Т. 61. № 10. С. 1259-1275.
    DOI: 10.7868/S0044457X16100172
    [eLibrary]

    = Simonenko E.P., Gordeev A.N., Simonenko N.P. et al. Behavior of HfB2-SiC (10, 15, and 20 vol %) ceramic materials in high-enthalpy air flows Russ. J. Inorg. Chem. (2016) Vol. 61. Iss. 10. P. 1203-1218.
    DOI: 10.1134/S003602361610017X
  7. Колесников А.Ф., Гордеев А.Н., Васильевский С.А. Эффекты каталитической рекомбинации на поверхностях металлов и кварца для условий входа в атмосферу Марса // Теплофизика высоких температур. 2016. Т. 54. Вып. 1. С. 32-40.
    DOI: 10.7868/S0040364415050178
    [MathNet]

    = Kolesnikov A.F., Gordeev A.N., and Vasil'evskii S.A. Effects of catalytic recombination on the surface of metals and quartz for the conditions of entry into the Martian atmosphere // High. Temp. (2016) Vol. 54. Iss. 1. P. 29-37.
    DOI: 10.1134/S0018151X1505017X