Ученые из МГУ им. М.В. Ломоносова разработали революционный метод визуализации сверхзвуковых потоков воздуха с помощью наносекундных электрических разрядов. Этот подход позволяет буквально «осветить» невидимые глазу ударные волны и турбулентные зоны, открывая новые возможности для изучения аэродинамики на сверхзвуковых скоростях.
В ходе экспериментов исследователи использовали два типа разрядов — поверхностный скользящий и комбинированный объемный, которые создавались в специальной ударной трубе. Воздух разгонялся до скоростей, превышающих скорость звука, и обтекал затупленное тело, создавая сложную систему ударных волн, скачков уплотнения и зон отрыва потока. Короткие, длительностью всего в несколько сотен наносекунд, импульсы напряжения вызывали свечение плазмы, которое мгновенно фиксировалось высокоскоростными камерами.
Оказалось, что распределение этого свечения чутко реагирует на малейшие изменения плотности газа. Там, где поток однороден, свечение ровное и стабильное. Но в зонах ударных волн, где плотность резко возрастает, свечение исчезает, а в областях разрежения, например, при взаимодействии ударной волны с пограничным слоем, — напротив, усиливается, подсвечивая сложные газодинамические структуры.
Особенно ценно то, что метод позволяет восстанавливать трёхмерную структуру течения. В отличие от классических теневых методов, которые дают лишь двумерную проекцию, свечение объемного разряда можно регистрировать под разными углами, получая объёмную картину происходящего. Это открывает путь к детальному анализу таких сложных явлений, как отрыв потока и переход ламинарного течения в турбулентное.
Полученные результаты имеют большое значение для развития плазменной аэродинамики — перспективного направления, где электрические разряды используются не только для диагностики, но и для активного управления обтеканием летательных аппаратов. Эта работа прокладывает путь к созданию более эффективных и точных систем контроля сверхзвуковых потоков в авиации и космонавтике.
Исследование опубликовано в журнале «Научная визуализация».
Создано при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Десятилетия науки и технологий (ДНТ), объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.
