A quadratic law of mass distribution in the channel, required for processes simulation
at the pulse discharge stage, is established. Analysis of processes at the high-current
pulse discharge stage is carried out on the basis of the system of electrodynamic
approach equations. Features of dynamics of acceleration of the generated plasma
formation are found on the basis of numerical calculation results. Dependences of
the velocity, temperature, and other parameters of generated plasma on the main
structural, electrotechnical and energetic PPPS parameters are defined. It is shown
that a technological PPPS with the initial energy of capacity about 10 kJ makes it
possible to generate plasma formations moving at a velocity up to 3 km/s and with a
mass-average temperature up to 30 kK.
Keywords
:
low-temperature plasma, plasmatron, pulse discharge, pulse plasma unit,
calculation methods, modification of surface layers properties.
В настоящее время импульсные сильноточные разряды, генери-
рующие высокоскоростные плазменные образования, находят приме-
нение при решении различных технологических задач, связанных с
модификацией свойств поверхностных слоев конструкционных мате-
риалов. Однако существующие источники высокоэнергетических им-
пульсных плазменных потоков нормально функционируют либо в ва-
кууме, либо в условиях пониженного давления окружающей среды
(1. . . 10 торр) [1–3]. Создание плазменных установок, работающих при
атмосферном давлении, связано с трудностями организации импульс-
ного разряда при относительно низких начальных напряжениях и с
высокой (до 5 Гц) частотой повторения импульсов.
Одним из направлений создания эффективных технологических
установок, генерирующих высокоэнергетические импульсные плаз-
менные образования при нормальных атмосферных условиях, являет-
ся применение гибридных двухступенчатых импульсно-периодических
плазменных установок (ИППУ) [4]. Первая ступень ИППУ — си-
стема электродуговых стационарных плазмотронов (ССП), а вторая
ступень — коаксиальный импульсный электромагнитный ускоритель
плазмы (рис. 1). Система стационарных плазмотронов обеспечивает
непрерывное заполнение электродного канала коаксиального импульс-
ного ускорителя низкотемпературной плазмой пониженной плотности
с невысокой степенью ионизации. В этой среде с заданной скваж-
ностью осуществляется импульсный сильноточный разряд, форми-
руется плазменное образование, распространяющееся под действием
электромагнитных и газодинамических сил по электродному кана-
лу. После завершения импульсного разряда (длительностью порядка
0,1 мс) непрерывно работающая ССП обеспечивает повторное запол-
нение низкотемпературной разреженной плазмой канала импульсного
электромагнитного ускорителя и работающая в периодическом режи-
ме высоковольтная система электропитания с заданной скважностью
осуществляет следующий импульсный сильноточный разряд и т.д.
Для создания технологических плазменных установок подобного
рода необходима разработка методов расчета параметров генерируе-
мой плазмы и выявление связей этих параметров с основными геоме-
трическими и электротехническими параметрами ИППУ.
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2014. № 3 39
