Высокочастотные индукционные плазмотроны ВГУ-3 и ВГУ-4
Перечень оборудования
№ п/п | Плазмотрон | Балансовая (восстановительная) стоимость (руб. за шт.) | Балансовая (восстановительная) стоимость (млн. руб.) | Кол-во единиц |
1 | Плазмотроны ВГУ-3 и ВГУ-4 | 1811952 | 1,812 | 1 к-т |
2 | Вакуумный насос НВЗ-300 | 495500 | 0,496 | 1 шт. |
3 | Расходомер контроллер MKV-306 | 35518 | 0,071 | 2 шт. |
4 | Расходомер контроллер MKV-396 | 45017 | 0,045 | 1 шт. |
5 | АЦП-E-270 | 28428 | 0,085 | 3 шт. |
6 | Датчик давления АИР-20ДА/М2 | 17725 | 0,071 | 4 шт. |
7 | Датчик давления АИР-10Д2 | 6702 | 0,013 | 2 шт. |
8 | Датчик давления АИР-20ДД/М2 | 23552 | 0,047 | 2 шт. |
9 | Термовизор Тандем VS-415 | 300000 | 0,300 | 1 шт. |
10 | Пирометр спектрального отношения Mikron M770S | 129800 | 0,130 | 1 шт. |
11 | Пирометр полного излучения Кельвин-2100, 2100/5 | 23541 | 0,047 | 2 шт. |
12 | Пирометр инфракрасный Кельвин c адаптером CL420-0 | 21055 | 0,021 | 1 шт. |
13 | Спектрометр HR-4000 | 1138217 | 1,138 | 1 к-т |
14 | Спектрометр SP-558с оптическим детектором на ПЗС-матрице (ОMА-V) | 5900197 | 5,900 | 1 к-т |
| | | 10,176 | |
100-киловаттный высокочастотный индукционный плазмотрон 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
- Методика измерений тепловых потоков к поверхности водоохлаждаемых моделей в точке торможения с помощью калориметров, изготовленных из различных металлов и кварца.
- Методика измерений давлений торможения и скоростных напоров с помощью водоохлаждаемых трубок Пито.
- Методика определения энтальпии дозвуковых высокотемпературных потоков химически активных газов.
- Методика измерения поля температуры на поверхности исследуемого образца, модели или фрагмента конструкции в диапазоне 700 – 2300°С с помощью термовизора «Тандем VS-415U».
- Методика измерений радиационной температуры поверхности в диапазоне 1100 – 2300°С с помощью пирометра полного излучения «Кельвин-2300».
- Методика измерений низких температур поверхности образцов материалов в диапазоне 20 – 1200°С с помощью инфракрасного пирометра «Кельвин-1200/175Д».
- 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.
- 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).
- Методика определения степени черноты поверхности материалов при высоких температурах.
- 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
- Локальное моделирование аэродинамического нагрева поверхности тепловой защиты для условий входа затупленных тел в атмосферу Земли и Марса.
- 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.
- 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).
- Определение степени черноты поверхности теплозащитных материалов при высоких натурных температурах.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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]
- 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
- 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
- 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
|