PHEDRA (Arc-jet) высокоэнтальпийная аэродинамическая труба

Аэродинамическая труба высокой энтальпии и низкой плотности PHEDRA , расположенная в лаборатории ICARE ^[1] в Орлеане , Франция, является исследовательским центром, который широко используется для фундаментальных и прикладных исследований неравновесных плазменных потоков и входов в атмосферу планет. Ее название является аббревиатурой от soufflerie à Plasma Hors Equilibre de Rentreés Atmosphériques. Аэродинамическая труба Phedra является частью портала European Landscape Network MERIL. ^[2]

История

Аэродинамическая труба PHEDRA (ex. SR5) находилась в Лаборатории аэротермодинамики CNRS ( Национальный научно-исследовательский центр Франции) в Медоне, Франция до 2000 года. Затем аэродинамическая труба была перемещена в Лабораторию ICARE в Орлеане в результате слияния Лаборатории аэротермодинамики и Лаборатории горения и реактивных систем LCSR (Лаборатория горения и реактивных систем). Эта установка является частью экспериментальной платформы FAST (Установки для аэротермодинамики и сверхзвуковых технологий, свяжитесь с Вивианой Лаго, руководителем группы FAST, viviana.lago@cnrs-orlean.fr), принадлежащей Институту ICARE из CNRS, Орлеан.

Технические подробности

PHEDRA — плазменная наземная испытательная установка, используемая для имитации условий полета при низком давлении в верхнем слое планетарных атмосфер. Дуговой струйный генератор работает в цилиндрической камере диаметром 1,1 м и длиной 4,3 м, накачиваемой 3 первичными насосами и 3 насосами Рутса, производительность которых (27 000 м3/ч) обеспечивает остаточное давление в диапазоне от 1 до 100 Па. Могут использоваться различные рабочие газы, такие как аргон, азот, CO2 _, CH4 Air , _что позволяет имитировать несколько условий входа на планеты, такие как Земля (80% N2 _-20 % O2 ₎ , Марс (97%CO2 _-3_% N2 ) или Титан ( ₉₉ % N2 _-1 % CH4 ). Преимуществами разработанного в домашних условиях источника плазмы являются стабильность потока плазмы, высокая удельная энтальпия , до 50 МДж/кг, за счет низкого массового расхода и низкая скорость загрязнения, которая может возникнуть из-за эрозии катода.

Основные характеристики

Непрерывная сверхзвуковая высокоэнтальпийная разреженная аэродинамическая труба.
Испытательная камера 4,5 м x 2,1 м
Насадка: коническая
Регулируемая насосная группа, максимальная производительность: 26 000 м3/ч
Статическое давление, Па: 1 < Pstg < 3000
Давление стагнации, Па: 20 < Po < 120 10 ⁵
Число Маха: 2 < Маха < 8
Средняя энтальпия, МДж/кг несколько < Ho < 50
Рабочий газ: N2 , _Воздух , CO2 _, CH4 , Воздух и _их обширные смеси

Инструментарий

Различные типы диагностики связаны с аэродинамической трубой PHEDRA: зонды Пито, датчики давления для париетальных измерений, датчики теплопередачи, инфракрасная термографическая камера, камера iCCD, электростатические зонды, оптическая спектрометрия (ближний ИК, видимый и ВУФ). Они используются для фундаментальных и прикладных исследований в области сжимаемой аэродинамики, аэротермодинамики, атмосферных входов и физики газа и плазмы.

Назначение и использование

Аэродинамическая труба PHEDRA широко используется для фундаментальных и прикладных исследований, связанных с входом в атмосферу планет. Некоторые работы, выполненные с помощью этой установки, перечислены ниже:

Фундаментальные исследования явлений динамики высокоэнтальпийной жидкости в неравновесных течениях
Динамика плазмы
Экспериментальная база данных по входу в атмосферу планет: МАРС, ЗЕМЛЯ, ТИТАН, ВЕНЕРА
Аэродинамическое и аэротермическое поведение зондов и моделей
Управление потоком плазмы с помощью МГД.
Космический мусор, входящий в атмосферу

^[3]

^[4]

^[5]

^[6]

^[7]

Галерея

Тупой цилиндр в сверхзвуковом потоке аргоновой плазмы низкого давления в установке Phedra. Установка Phedra, ICARE, CNRS (Вивиана Лаго).
Сферическая модель, взаимодействующая с плазмой низкого давления типа «Марс» с сверхзвуковым потоком CO ₂ / N _{2. Установка Phedra, ICARE, CNRS (Вивиана Лаго).}
Модель капсулы, взаимодействующая с CO ₂ / N ₂ «Марс» подобно плазменному сверхзвуковому потоку низкого давления. Установка Phedra, ICARE, CNRS (Вивиана Лаго).

Ссылки

^ Лаборатория ICARE, CNRS, Орлеан
^ MERIL, европейская платформа объектов
^ Ндиайе, Абдул; Лаго, Вивиана (2011). «Исследование методом оптической спектроскопии плазменных струй N ₂ –CH _{4 , имитирующих условия входа в атмосферу Титана».}Plasma Sources Science and Technology . 20 (1): 015015. Bibcode : 2011PSST...20a5015N. doi : 10.1088/0963-0252/20/1/015015. S2CID 97493515.
^ Лаго, Вивиана (2006). «Электронные и колебательные температуры в гиперзвуковых струях плазмы CO ₂ –N _{2 ».}Plasma Sources Science and Technology . 16 (1): 139– 148. doi :10.1088/0963-0252/16/1/019. S2CID 250861365.
^ Lago, Viviana (2012). "Экспериментальное исследование модификации полей сверхзвуковых плазменных потоков магнитными полями". 18-я Международная конференция AIAA/3AF по космическим самолетам, гиперзвуковым системам и технологиям . AIAA : 5869. doi :10.2514/6.2012-5869. ISBN 978-1-60086-931-0.
^ Lago, Viviana (2015). "Измерения излучения в потоках с высоким давлением и высокой энтальпией от вакуумного ультрафиолетового излучения до ближнего инфракрасного диапазона". 20-я Международная конференция AIAA по космическим самолетам, гиперзвуковым системам и технологиям . AIAA. doi :10.2514/6.2015-3516. ISBN 978-1-62410-320-9.
^ Жуссо, Ромен; Кумар, Сандра; Лаго, Вивиана (2015). «Плазма для управления высокоскоростным потоком». AerospaceLab (10). ONERA . doi :10.12762/2015.AL10-04.

47°50′20″с.ш. 1°56′40″в.д. / 47,8388°с.ш. 1,9445°в.д. / 47,8388; 1,9445

[1] Лаборатория ICARE, CNRS, Орлеан

[2] MERIL, европейская платформа объектов

[3] Ндиайе, Абдул; Лаго, Вивиана (2011). «Исследование методом оптической спектроскопии плазменных струй N ₂ –CH _{4 , имитирующих условия входа в атмосферу Титана».}Plasma Sources Science and Technology . 20 (1): 015015. Bibcode : 2011PSST...20a5015N. doi : 10.1088/0963-0252/20/1/015015. S2CID 97493515.

[4] Лаго, Вивиана (2006). «Электронные и колебательные температуры в гиперзвуковых струях плазмы CO ₂ –N _{2 ».}Plasma Sources Science and Technology . 16 (1): 139– 148. doi :10.1088/0963-0252/16/1/019. S2CID 250861365.

[5] Lago, Viviana (2012). "Экспериментальное исследование модификации полей сверхзвуковых плазменных потоков магнитными полями". 18-я Международная конференция AIAA/3AF по космическим самолетам, гиперзвуковым системам и технологиям . AIAA : 5869. doi :10.2514/6.2012-5869. ISBN 978-1-60086-931-0.

[6] Lago, Viviana (2015). "Измерения излучения в потоках с высоким давлением и высокой энтальпией от вакуумного ультрафиолетового излучения до ближнего инфракрасного диапазона". 20-я Международная конференция AIAA по космическим самолетам, гиперзвуковым системам и технологиям . AIAA. doi :10.2514/6.2015-3516. ISBN 978-1-62410-320-9.

[7] Жуссо, Ромен; Кумар, Сандра; Лаго, Вивиана (2015). «Плазма для управления высокоскоростным потоком». AerospaceLab (10). ONERA . doi :10.12762/2015.AL10-04.