Газодинамическая установка

Полезная модель - газодинамическая установка относится к области гиперзвуковой аэродинамики и радиационной плазмодинамики и предназначена для изучения физических процессов течений пылегазовой плазмы, процессов деионизации в двухфазных средах. Технический результат, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, состоит в построении системы гиперзвуковой аэродинамики и радиационной плазмодинамики для исследования в свободно-молекулярном потоке обтекания моделей, процессов динамики в двухфазных средах, открытия новых научных эффектов в газовой динамике. Газодинамическая установка включает гиперзвуковую аэродинамическую трубу (АДТ), в которой последовательно расположены баллон с высоким давлением газа, регулирующий дроссель, электродуговой подогреватель, дозирующее устройство, первичное сверхзвуковое сопло, магнитогидродинамический (МГД) ускоритель Фарадея с управляющими обмотками, соединенными с первыми входами цифровой вычислительной машины (ЦВМ), вторичное сопло, рабочая часть АДТ с исследуемой моделью и державкой, выходное сопло и вакуумная камера, системы ионных зондов, соединенные через преобразователи со вторыми входами ЦВМ, установка электромагнитного самоиндуцированного просветления (ЭСП), соединенная через преобразователь с третьими входами ЦВМ. В состав газодинамической установки введены циклический индукционный ускоритель электронов - бетатрон с электромагнитом переменного тока, ускорительной вакуумной камерой с инжектором и устройством ввода-вывода пучка, блоком управления бетатроном, ионный калориметр, установка распыления заряженных пылевых частиц с блоком их хранения, каналом подачи их в рабочую часть АДТ, блоком управления, установка распыления жидкости в носовой части модели с баком хранения жидкости, соединенным трубопроводом через державку модели с затупленным телом

обтекателя, блоком управления подачи жидкости, соединенным с четвертыми входами ЦВМ, пятые входы которой связаны с блоком управления бетатрона, а шестые входы - с ионным калориметром.

Полезная модель - газодинамическая установка относится к области гиперзвуковой аэродинамики и радиационной плазмодинамики и предназначена для изучения физических процессов течений пылегазовой плазмы, процессов деионизации в двухфазовых средах.

Известна крупноразмерная гиперзвуковая аэродинамическая труба (АДТ) Т-117, (см. Г.С.Бюшгенс, Е.Л.Берджицкий, ЦАГИ - центр авиационной науки. M. «Наука», 1993 г.), позволяющая проводить исследования аэродинамических и тепловых характеристик моделей различных гиперзвуковых летательных аппаратов при достаточно полном геометрическом подобии моделей и натуры. Аэродинамический контур трубы Т-117 включает электродуговой подогреватель, рабочую часть - круг 1 м, теплообменник, вакуумную емкость, отсечные задвижки, эжекторы, сверхзвуковое сопло, сверхзвуковой диффузор.

Гиперзвуковая труба Т-117 периодического действия, использующая сжатый воздух высокого давления, аккумулированный в баллонах емкостью 10 м³ каждый.

Необходимая степень сжатия в трубе создается, с одной стороны, высоким давлением торможения в форкамере трубы (от 40 до 280 атм.) и, с другой стороны, использованием четырехступенчатой системы эжекторов или вакуумной емкости объемом 3000 м³ с начальным разряжением до 0,01 мм рт.ст., создающих необходимое разряжение за одним из трех нерегулируемых диффузоров.

Труба имеет набор профильных осесимметричных сверхзвуковых сопл с выходным диаметром 1,0 м, рассчитанных на реализацию чисел М на выходе из сопла в диапазоне от 10 до 20. Диапазон чисел Re от 0,15·10⁶ до 4,8·10 ⁶ (отнесено к 1 м).

Для предотвращения конденсации воздуха в рабочей части при разгоне его до заданных сверхзвуковых скоростей осуществляется предварительный нагрев рабочего газа до температуры в форкамере 1200-2000 К с помощью электродугового подогревателя мощностью 25000 квт.

Рабочая часть трубы выполнена по схеме камеры Эйфеля с охлаждаемыми стенками и оборудована двумя быстродействующими механизмами ввода испытываемой модели в поток.

Труба оснащена быстродействующим измерительно-информационным комплексом в составе: тензометрических весов на разные случаи нагружения модели, датчиков давления и температуры, оптических средств визуализации потока, систем сбора и обработки информации с использованием средств вычислительной техники.

Однако, данная аэродинамическая труба не позволяет проводить исследования ионизации двухфазных течений свободно-молекулярных потоков. Приведенная АДТ не позволяет создавать модель обтекания тел в возбужденной газовой среде - не учитывает свойство реальных физических

систем, имеющих внутренние степени свободы, и тем самым не позволяет определять параметры деионизации потока.

Известен плазмохимический реактор, патент РФ №2022625, 1976 Н05Н 1/00 для осуществления химического взаимодействия в проточной газовой среде, содержащий реакционную камеру с аэродинамическими соплами и коллекторами газа и средство для создания плазмы.

С целью повышения его эффективности и ресурса работы реакционная камера помещена внутри соленоидов, создающих продольное магнитное поле пробочной конфигурации, и на торцах камеры установлены соосно электронная пушка и коллектор пучка электронов, а аэродинамические сопла плоской конфигурации установлены вдоль оси камеры, причем перед коллектором газа установлены элементы для его охлаждения.

В установленном режиме в зоне пересечения электронного пучка и струи возникает плазма, объем которой зависит от поперечного размера струи и величины магнитного поля. Электронный пучок в результате плазменно-пучковой неустойчивости генерирует в плазме мелкомасштабные турбулентные колебания, приводящие к эффективной диссипации энергии пучка в плазме и к турбулентному нагреву ее электронной компоненты. Частицы газовой струи, сталкиваясь с высокотемпературными электронами, диссоциируют. Диссоциированные продукты охлаждаются и откачиваются вакуумной системой.

Из плазмотронов через выходные сопла в полость смесителя вводятся три потока плазменного теплоносителя, в качестве которого используется один из исходных реагентов (аргон). В смесителе образуется однородная смесь плазмообразующего газа с остальными исходными реагентами, которые последовательно вводятся в осесимметричный плазменный поток, движущийся вдоль оси цилиндрической камеры. Исходные реагенты, находящиеся в газообразном состоянии, вводятся в плазменный поток через форсунки, установленные на боковой и торцевой стенках смесителя, что способствует быстрому образованию однородной смеси, увеличению выхода

целевого продукта за счет возрастания доли прореагировавшего исходного реагента.

Однако, в описанном плазменном устройстве нагрев и ускорение порошков осуществляется с помощью высокотемпературной газовой или плазменной струи. Устройство, не оборудованное электростатическими зондами, не позволяет проводить исследования термической ионизации газа в гиперзвуковых потоках, не позволяет определять характеристики гиперзвуковых потоков, связанных с прохождением радиоволн через плазму вблизи моделей ЛА в ближнем следе.

Известен плазмохимический реактор, патент РФ №2052908, Н05В 7/20, 1996, для синтеза композиционных и тугоплавких дисперсных (порошковых) материалов из конденсированных и газообразных исходных реагентов. Плазменный реактор содержит генератор плазмы и расположенные последовательно вдоль общей оси смеситель и реактор. Смеситель снабжен форсунками для ввода в плазменный поток исходных реагентов, находящихся в газообразном и конденсированном состояниях. Форсунки для ввода в плазменный поток одного и того же исходного реагента, находящегося в газообразном состоянии, установлены равномерно по окружности боковой стенки смесителя и на одинаковом расстоянии от выходного отверстия реактора. Форсунки, предназначенные для ввода в плазменный поток исходных реагентов, находящихся в конденсированном состоянии, выполнены водоохлаждаемыми. При этом сопла этих форсунок ориентированы в направлении выходного отверстия реактора так, что их оси параллельны оси смесителя, а срезы их сопл лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси симметрии.

Однако, данная система предназначена для синтеза химических элементов, находящихся в различных агрегатных состояниях. Известное устройство, обеспечивающее химическое взаимодействие в проточной газовой среде, в котором газовая среда истекает в заданном направлении со сверхзвуковой скоростью через сопло, не позволяет определять общие

характеристики гиперзвуковых потоков, связанных с излучением газа. Так при обтекании модели ЛА в трубе в условиях высокого потенциала ионизации, высокой температуры торможения и введения примесей-добавок необходимо фиксировать увеличение концентрации заряженных частиц потока.

Известна аэродинамическая труба (АДТ), в которой реализуется течение газопылевых рабочих сред, динамический режим и тепловое равновесие фаз за ударной волной. (Труды ЦАГИ, №1932, 1978 г., Гладышев М.К., Горелов В.А., Королев А.С., «Исследование методов активного воздействия на плазменные образования при гиперзвуковом обтекании тел».)

Снижение уровня концентрации электронов в поле течения около движущихся с большой гиперзвуковой скоростью тел для прохождения радиоволн вызывает необходимость разработки методов деионизации газа. В высокотемпературной аэродинамической трубе в результате экспериментов при обтекании поверхности затупленной пластины гиперзвуковым потоком при числе М=16,4 показано, что введение в воздух паров воды и других исследуемых веществ приводят к сильному уменьшению концентрации электронов. Исследованы геометрические характеристики зоны проникновения жидкой среды в гиперзвуковой поток, влияние паров воды на значение электронной концентрации за фронтом сильной ударной волны.

Однако, данная АДТ не позволяет проводить исследования влияния пылевой плазмы - ионизированного газа, содержащего частицы конденсированного вещества, нагретого до высокой температуры, на уровне снижения концентрации электронов.

Так при входе в атмосферу Марса на высоте Н=40 км присутствуют частицы кварца размером (0,1-90)·10^-6 м с концентрацией их - долей процента. При этом увеличивается коэффициент теплопередачи в критической точке затупленного тела крупно- и мелкодисперсной пыли, которая инициирует электрооптические явления у любой поверхности ЛА.

Пылевые частицы размером от тысячных до нескольких десятых долей микрона воздействуют на многие физические процессы, происходящие в потоке. Их присутствие проявляется как прямо, так и косвенно. Наличие пыли в значительной степени видоизменяет ионизационную структуру потока. Образование тугоплавких частиц происходит в результате фазовых переходов «газ - твердое тело» в плотных областях с температурами 500-2000 К.

Технический результат, на достижение которого направлена заявленная полезная модель, состоит в построении системы гиперзвуковой аэродинамики и радиационной плазмодинамики для исследования в свободномолекулярном потоке обтекания моделей, процессов деполяризации в двухфазных средах, открытия новых научных эффектов в газовой динамике.

Существенные признаки.

Для достижения указанного технического результата в газодинамическую установку (ГУ), включающую гиперзвуковую аэродинамическую трубу (ГАТ), в которой последовательно расположен баллон с высоким давлением воздуха, регулирующий дроссель, электродуговой подогреватель, дозирующее устройство, первичное сверхзвуковое сопло, магнитогидродинамический (МГД) ускоритель с управляющими электрическими обмотками, соединенными с первыми входами ЦВМ, вторичное сопло, рабочую часть АДТ с исследуемой моделью и державкой, выходное сопло, вакуумную камеру, систему ионных зондов, соединенных через преобразователи со вторыми входами ЦВМ, установка электромагнитного самоиндуцированного просветления, соединенная через преобразователь с третьими входами ЦВМ, введены циклический индукционный ускоритель электронов - бетатрон с электромагнитом переменного тока, ускорительной вакуумной камерой с инжектором и устройством ввода-вывода пучка, блоком управления бетатроном, ионный калориметр, установка распыления заряженных пылевых частиц с блоком их

хранения, каналом подачи их в рабочую часть АДТ, блоком управления, установка распыления жидкости в носовой части модели с баком хранения жидкости, соединенным трубопроводом через державку модели с затупленным телом обтекания, блоком управления подачи жидкости, соединенным с четвертыми входами ЦВМ, пятые входы которой связаны с блоком управления бетатроном, а шестые входы - с ионным калориметром.

Для пояснения сущности полезной модели на фиг.1 приведена функциональная схема газодинамической установки, где изображены:

1 - баллон с высоким давлением;

2 - регулирующий дроссель;

3 - электродуговой подогреватель;

4 - дозирующее устройство;

5 - первичное сверхзвуковое сопло;

6 - магнитогидродинамический (МГД) - ускоритель Фарадея с управляющими обмотками - 7;

8 - вторичное сопло;

9 - рабочая часть аэродинамической трубы;

10 - полая державка с трубопроводом;

11 - исследуемая модель;

12 - выходное сопло;

13 - вакуумная камера;

14, 31 - лазер;

15, 30, 37 - линейный поляризатор;

16 - ионные зонды;

17 - преобразователь сигналов фотоэлектронного умножителя (ФЭУ);

18 - преобразователи датчиков и параметров потока ионных зондов;

19 - блок измерения электромагнитных полей;

20 - цифровая вычислительная машина (ЦВМ);

21 - канал подачи пылевых частиц в рабочую часть АДТ;

22 - конический насадок (затупленное тело обтекателя);

23 - окна ввода-вывода пучка релятивистских электронов;

24 - преобразователь сигналов;

25 - блок электромагнитного стимулирования прозрачности (ЭСП);

26 - электропитание блока ЭСП;

27, 28 - оптические окна в рабочей части ГУ;

29, 34 - полупрозрачный отражатель;

32, 36 - линза;

33 - картина изображения;

35 - регистратор изображения - прибор с зарядовой связью (ПЗС);

38 - фотоэлектронный умножитель (ФЭУ);

39 - блок управления;

40 - установка распыления частиц с блоком их хранения;

41 - бетатрон;

42 - ярмо магнита;

43 - обмотки магнита;

44 - полюсные наконечники;

45 - ускорительная вакуумная камера;

46 - блок управления бетатроном;

47 - трубопровод;

48 - установка распыления жидкости;

49 - бак хранения жидкости;

50 - блок управления;

51 - ионизационный калориметр (спектрометр).

Газодинамическая установка включает АДТ, в которой последовательно расположены баллон с высоким давлением воздуха 1, регулирующий дроссель 2, электродуговой подогреватель 3, дозирующее устройство 4, первичное сверхзвуковое сопло 5, магнитогидродинамический ускоритель Фарадея 6 с управляющими электрическими обмотками 7, которые соединены с первыми входами ЦВМ 20, вторичное сопло 8, рабочую часть 9 АДТ с исследуемой моделью 11 и державкой 10, выходное сопло 12 и

вакуумную камеру 13. Системы ионных зондов 16 соединены через преобразователи 18 со вторыми входами ЦВМ 20. Выходные цепи установки электромагнитного самоиндуцированного просветления (ЭСП) 25 соединены через преобразователь сигналов 17 с третьими входами ЦВМ 20 и включают лазеры 14, 31, линейные поляризаторы 15, 30, 37, оптические окна в рабочей части ГУ 27, 28, полупрозрачные отражатели 29, 34, линзы 32, 36, картину изображения 33, регистратор изображения ПЗС 35, фотоэлектронный умножитель ФЭУ 38, электропитание блока ЭСП 26. Циклический индукционный ускоритель электронов - бетатрон 41 с электромагнитом переменного тока 43, 44 включает ускорительную вакуумную камеру 45 с инжектором и устройством ввода-вывода пучка 23, блок управления бетатроном 46, связанный с пятыми входами ЦВМ 20. Ионный калориметр 51, сопряженный с окном вывода пучка 23, соединен через преобразователь сигналов 24 с шестыми входами ЦВМ 20. Установка распыления заряженных пылевых частиц 40 включает блок их хранения, канал 21 подачи их в рабочую часть АДТ, блок управления 39. Установка распыления жидкости 48 в носовой части модели 11 включает бак хранения жидкости 49, соединенный трубопроводом 47 через державку 10 модели с затупленным телом обтекателя 22, блок управления 50, соединенный с четвертыми входами ЦВМ 20.

Газодинамическая установка работает следующим образом. Моделирование гиперзвукового полета требует воспроизведения в ГАТ давлений торможения от долей до сотен МПа и температур торможения до 10⁴ К. При гиперзвуковых числах Маха интенсивно растут потери полного давления при торможении потока и соответственно потребные перепады давления в ГАТ. При числах Маха > 4,5 воздух в ГАТ необходимо нагревать для предотвращения его конденсации, так при М=10 нагревать до 10 ³ К, при М=20 до (2,5÷2,8)·10 ³ К. Максимальное давление в ГАТ с дуговым подогревателем 3 равно 18-20 МПа, что позволяет моделировать полет гиперзвуковых летательных аппаратов (ЛА) только на больших высотах.

Большой перепад давлений, необходимый для гиперзвуковых АДТ, обеспечивается установкой вакуумной камеры 13.

Область интенсивной конденсации (фазового перехода газ-жидкость), возникающая в ускоряющемся потоке газа, параметры термодинамического состояния которого перешли через кривую фазового равновесия, характеризуется скачком конденсации (СК), является следствием запаздывания конденсации из-за недостаточного количества центров конденсации в объеме газа, поэтому ГАТ оборудуется установкой для осушения воздуха. В гиперзвуковой ГАТ с гиперзвуковыми потоками конденсация основных компонентов воздуха устраняется установкой подогревателя 3 рабочего газа. Газодинамическое проявление СК зависит от скорости расширения потока и теплофизических параметров среды. В гиперзвуковом потоке газа СК проявляются в изменении градиентов давления, плотности и скорости. При значительных колебаниях тока и напряжения разряда в нагревателе 3, связанных с неустойчивостью его токопроводящего канала, для стабилизации разряда применяется внешнее магнитное поле. Эффект обеспечивается электромагнитными силами, действие которых распространяется на каждый элемент плазмы разряда.

Взаимодействие потоков в ГАТ реализуется путем изменения скорости плазменного потока в МГД-ускорителе 6. Это выполняется с помощью ЦВМ 20, которая через преобразовательный блок 19 соединена с электрическими обмотками 7 МГД-ускорителя 6. В ЦВМ 20 определяется соответствие скоростей потока плазмы и значений сигналов параметров ионных зондов 16. Ионный зонд 16 используется для определения концентрации и температуры электронов путем измерения силы тока, идущего на электрод, погруженный в плазму при различных подаваемых на него напряжениях. Конструктивно электрический зонд выполнен в виде отдельных датчиков или гребенок для измерения профиля концентрации ионов.

В АДТ реализуется гиперзвуковое течение газо-пылевых рабочих сред - динамический режим и тепловое равновесие фаз за ударной волной, скорость V, температура Т ⁰ монодисперсной пыли, зона релаксации за прямым скачком уплотнения, границы выпадения частиц на поверхность затупления.

Ядерно-возбужденная пылевая плазма и пылевая плазма генерируются с помощью электронного пучка бетатрона 41. В плазме протекают реакции ионизации частиц пыли и рекомбинации заряженных частиц при различных воздействиях атомов и ионов с поверхностью модели 11.

Пылевая плазма - ионизированный газ, содержащий частицы конденсированного вещества. Нагретые до высокой температуры частицы испускают (эмитируют) электроны, повышая их концентрацию в плазме, сами при этом заряжаются положительно. Холодные же частицы, наоборот, поглощают электроны из плазмы, заряжаются отрицательно и уменьшают концентрацию свободных электронов.

Благодаря относительно большим размерам пылевых частиц (от долей микрона до нескольких десятков и сотен микрон) их заряд может иметь чрезвычайно большую величину - превышает элементарный заряд в сотни и в сотни тысяч раз. Сильное электростатическое взаимодействие частиц и малая энергия их теплового движения приводит к возникновению пространственно-упорядоченных структур, аналогичных структурам в жидкости или твердом теле, а также переходу между ними, аналогичным фазовым переходам типа плавления и испарения. Такие кристаллические структуры, сформированные заряженными макрочастицами в плазме, - кулоновские или плазменные кристаллы.

Бетатрон 41 - циклический индукционный ускоритель электронов, в котором энергия частиц увеличивается за счет вихревого электрического поля, создаваемого изменяющимся магнитным потоком, пронизывающим орбиту частиц.

Переменный центральный магнитный поток создает в бетатроне вихревую электродвижущую силу (ЭДС) индукции, ускоряющую электроны. Удержание ускоряемых электронов на равновесной круговой орбите осуществляется ведущим (управляющим) магнитным полем, надлежащим образом меняющимся во времени. Радиус r мгновенной орбиты, по которой обращается в момент t электрон с импульсом р в азимутально-симметричном поле равен:

r=рс/еВ

где B(r,t) - магнитная индукция поля, е - величина заряда электрона. Для равновесной орбиты (r=R=const) нужно, чтобы импульс р равнялся удерживающему полю В: . Т.к скорость изменения импульса определяется напряженностью электрического поля Е на орбите, равной по закону электромагнитной индукции ( - поток магнитной индукции через орбиту, - среднее значение магнитного поля внутри орбиты радиуса r, то для реальной орбиты выполняется соотношение: или при интегрировании будет

B_cp (t)=2B(t)+const

При синхронном изменении B _cp(t) и B(t), условие пространства радиуса орбиты принимает вид B_cp(t)=2B(t).

Частица, инжектированная в ускоритель на равновесном радиусе с импульсом (равновесная частица), будет в процессе ускорения непрерывно обращаться по орбите постоянного радиуса.

Электромагнит переменного тока создает переменный магнитный поток между сердечниками 44 и управляющее магнитное поле в зазоре между профилированными полюсными наконечниками. Инжектором служит электронная пушка, располагаемая вблизи вакуумной камеры 45, и периодически впускающая электроны по касательной к равновесной орбите в тот момент, когда значение управляющего магнитного поля соответствует

импульсу инжектируемых электронов. Магнитное поле меняется периодически, ускорение производится на участке роста управляющего магнитного поля. В конце цикла ускорения с помощью смещающей обмотки нарушают соотношение , обеспечивающее постоянство радиуса орбиты. Пучок отклоняется от равновесной орбиты и выводится из ускорительной камеры. Для вывода пучка осуществляется заброс частиц в отклоняющее устройство, в качестве которого используется электростатический дефлектор, канал из ферромагнитных пластин, экранирующих магнитное поле.

Ионизационный калориметр 51 - спектрометр полного поглощения служит для измерения энергии электронов и основан на полном поглощении в толстом слое вещества энергии как первичной, так и всех частиц, образующихся при взаимодействии с веществом.

В результате взаимодействия с веществом первичная частица сравнительно быстро растрачивает всю энергию на образование большого числа вторичных частиц, и в конечном счете, на ионизацию - число пар ионов. Независимо от природы вторичных заряженных частиц и их энергии на образование одной пары ионов в веществе тратится определенная энергия W, так что полная энергия частицы, попавшей в ионизационный калориметр равна

Здесь I - число пар ионов, образованных частицами - продуктами взаимодействия на глубине х. Необходимая толщина вещества х₀ определяется условием полного поглощения энергии первичной и всех вторичных частиц.

В случае попадания в ионизационный калориметр электрона в ионизационном веществе развивается электронно-фотонный каскад. Ионизационный калориметр состоит из толстого слоя сцинтиллятора, в котором измеряется сразу полная ионизация. В качестве поглощающего

вещества используется свинец Pb или железо Fe. В качестве детекторов применены полупроводниковые детекторы, сцинтилляционные детекторы.

В столкновительной плазме протекают реакции ионизации пыли и рекомбинации заряженных частиц при различных типах взаимодействия атомов и ионов с поверхностью зондов 16. Электрический зонд 16 - диагностическое средство в аэродинамических экспериментах при визуализации струйно-вихревого следа летательного аппарата (ЛА) с помощью ионно-вихревого следа модели 11. В эксперименте рассчитывается вольтамперная характеристика (ВАХ) цилиндрического зонда, помещенного в плазму.

Фазовые объекты в потоке, плазма исследуются путем просвечивания их световым пучком лазера 14, что позволяет изучать пространственное распределение показателя преломления n, которое, в свою очередь, однозначно связано с пространственным распределением концентрации атомов, молекул и электронов в исследуемом объекте. Электромагнитная самоиндуцированная прозрачность (ЭСП) - эффект прохождения коротких мощных импульсов когерентного оптического излучения без потерь энергии через среду, резонансно поглощающую непрерывное излучение или длинные импульсы, относится к когерентным резонансным эффектам: ее наблюдение возможно только при условии, что длительность импульса (_n<_р) значительно меньше времени релаксации (для разряженных газов 10^-7-10^-8 с, для конденсированных сред 10^-11-10-¹² с). В этом случае релаксационные процессы не успевают нарушить фазовые соотношения между полем и нестационарным резонансным откликом вещества, вследствие чего энергия, поглощенная средой на переднем фронте импульса с достаточно высокой интенсивностью, может быть полностью возвращена импульсу на его заднем фронте за счет индуцированного испускания.

В вакуумированную магнитную ловушку помещается ˜10 млн атомов Na, практически неподвижных, лишенных степеней свободы, обеспечивается

их глубокое охлаждение до Т=0,0001 К. В ловушке гарантировано отсутствие атомов Na с остаточным газом. В камере находится Бозе - конденсат - газовое облако, все атомы которого занимают нижнее положение энергетического состояния. Магнитное поле удерживает облако сигарообразной формы 339 мкм (продольное) и 55 мкм (поперечное) в центре камеры, препятствуя контакту со стенками. Большая плотность Бозе - конденсата полностью останавливает свет и осуществляет тонкую подстройку энергетических уровней системы и энергией двух лазерных пучков 14 и 31.

Резонансное поглощение фотонов проходящего лазерного импульса атомами натриевого конденсата в блоке 25 обеспечивает огромный коэффициент преломления, характеризует «тормозящие» способности для луча света. Эффект заключается во взаимодействии двух лазерных пучков света с атомами среды, когда возбуждаются два подуровня тонкого расщепления линии. Один из пучков лазера 14 проходит пространство потока в рабочей камере 9 АДТ. Кроме короткого лазерного импульса 14, тормозящегося в мишени (пробный луч), в нее одновременно должен поступать более длинный лазерный импульс - связной агент 31. Образуется 3-х уровневая система: основной уровень и два подуровня возбуждения атомов Na, к которым точно подогнали энергии фотонов пробного и связного пучков 14 и 31. Резонансное поглощение фотонов пробного пучка 14 атомами среды, переходящими на верхний подуровень, и резонансный индуцированный сброс их фотонами связного пучка 31 на нижний подуровень осуществляется точной настройкой системы. Действие пучков 14 и 31 обратимо: фотоны связного пучка забрасывают атомы Na с нижнего подуровня на верхний, а фотоны пробного пучка индуцируют их переход в основное состояние. Это взаимное «отрицание» пучков приводит к индуцированной прозрачности среды - к торможению и сжатию пробного лазерного импульса 14. Внешне - это исчезновение луча света при входе в

конденсат с последующим выходом через время торможения, интенсивность пучка падает.

Когда резко выключается связной 31 лазерный импульс, пробный пучок 14 резонансно взаимодействует с мишенью блока 25 и не может активно выйти из нее, пучок пропадает. Память о нем в газовом конденсате застывшего квантово-когерентного состояния атомов Na остается в течение 1 мс, что позволяет иметь большее время по сравнению с длительностью пучка и его задержкой в конденсате останавливать световой импульс. Лазерный луч полностью поглощен в мишени, и выделенная им энергия через некоторое время перешла на атомы Na. Мишень блока 25, нагревшись, перестала быть Бозе - конденсатом - произошла диссипация энергии. Когда был снова включен связной лазер 31 (через интервал времени в пределах 1 мс) - пробный луч 14 выходит из мишени блока 25.

Состояние в Na - мишени блока 25 фиксируется детектором пластины изображения 33 и ПЗС - камерой (прибор с зарядовой связью). Для отделения пучков 14 и 31 друг от друга, и они по-разному линейно поляризованы, перед ФЭУ 38 стоит линейный поляризатор 36, пропускающий излучение только одного пучка.

Применение оптико-физических методов и средств в исследовании гиперзвуковых потоков газа позволяет изучать такие явления, как визуализация структур неоднородных потоков газа, определение положения и деформации модели в ГАТ, проведение диагностики высокотемпературных и быстропротекающих процессов потока газа. Выявление и фиксация фазовых неоднородностей (пыли) дает новую информацию о процессах, происходящих в ГАТ: изучение структуры потоков вокруг модели, скачков уплотнения, течений в приграничном слое, областей перехода, взаимодействия скачков уплотнения с пограничным слоем.

Газодинамическая установка, включающая гиперзвуковую аэродинамическую трубу (АДТ), в которой последовательно расположены баллон с высоким давлением газа, регулирующий дроссель, электродуговой подогреватель, дозирующее устройство, первичное сверхзвуковое сопло, магнитогидродинамический (МГД) ускоритель Фарадея с управляющими обмотками, соединенными с первыми входами цифровой вычислительной машины (ЦВМ), вторичное сопло, рабочая часть АДТ с исследуемой моделью и державкой, выходное сопло и вакуумная камера, системы ионных зондов, соединенные через преобразователи со вторыми входами ЦВМ, установка электромагнитного самоиндуцированного просветления (ЭСП), соединенная через преобразователь с третьими входами ЦВМ, отличающаяся тем, что в ее состав введены циклический индукционный ускоритель электронов - бетатрон с электромагнитом переменного тока, ускорительной вакуумной камерой с инжектором и устройством ввода-вывода пучка, блоком управления бетатроном, ионный калориметр, установка распыления заряженных пылевых частиц с блоком их хранения, каналом подачи их в рабочую часть АДТ, блоком управления, установка распыления жидкости в носовой части модели с баком хранения жидкости, соединенным трубопроводом через державку модели с затупленным телом обтекателя, блоком управления подачи жидкости, соединенным с четвертыми входами ЦВМ, пятые входы которой связаны с блоком управления бетатрона, а шестые входы - с ионным калориметром.