Ученые из России и США успешно смоделировали возникновение и динамику высоковольтного разряда впереди сверхзвукового самолета. Эти важные данные открывают перспективы для существенного повышения безопасности полетов как скоростных авиалайнеров, так и космических кораблей будущего.
Электрическая угроза на высоте
В земной атмосфере постоянно возникают электрические разряды, движущиеся как от поверхности к ионосфере, так и в обратном направлении. На высотах до 10 километров эти процессы часто формируют структуры, приводящие к молниям. Подобные разряды представляют серьезную опасность, способную повредить бортовое оборудование самолетов и космических аппаратов. Примечательно, что до 90% ударов молний в эти объекты вызваны электрическими пробоями, которые инициирует сам летательный аппарат.
Стримерный разряд встречает ударную волну
Специалисты МФТИ совместно с коллегами из Принстонского университета исследовали взаимодействие высоковольтного стримерного разряда (нитевидных электрических каналов) с ударной волной, образующейся при достижении аппаратом сверхзвуковой скорости. Исследование показало удивительный эффект: при перепаде плотности воздуха более 20% по разные стороны волны разряд не может ее преодолеть. Вместо этого он начинает распространяться вдоль поверхности волны, формируя уникальную плазменную структуру, напоминающую "блин". Это открытие позволит гораздо точнее прогнозировать условия вокруг сверхзвуковых летательных аппаратов.
Газодинамический диод и управление потоками
Ученые также изучили сценарии с плавным изменением плотности газа. Они обнаружили условия, при которых газообразная среда временно теряет способность проводить ток в определенном направлении. Например, резкий скачок плотности от разреженного газа к плотному создает эффект "газодинамического диода". В этом случае газовый разряд может развиваться только в одну сторону, что открывает новые возможности для управления потоками.
Полученные результаты знаменуют новый этап в моделировании процессов управления газовыми потоками вокруг сверхзвуковых и перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов, делая их эксплуатацию безопаснее.
