Study of partially ionized argon flow around a blunt body
The results of a study of supersonic partially ionized argon flow around a hemisphere are presented. The experiments were conducted at the Big Shock Tube of the Ioffe Institute. The stagnation pressure and double probe saturation current at the vicinity of the stagnation point, the instantaneous flow shadow pattern, and time-integrated intrinsic glow of the shock layer were measured. The ionization relaxation time was estimated, and the equilibrium gas parameters behind the reflected shock wave were calculated. Flow in the nozzle and around the hemisphere were calculated with Eilmer gasdynamic code using an axisymmetric formulation, taking into account ionization and recombination at high temperatures and electron temperature separation. The charged particles concentration in the shock layer neat the stagnation point was estimated using the double electrical probe measurements.
Представлены результаты исследования сверхзвукового обтекания полусферы потоком частично ионизованного аргона. Эксперименты проведены на Большой ударной трубе ФТИ им. А.Ф. Иоффе с отражающим соплом. Измерены полное давление и ионный ток насыщения через двойной зонд вблизи критической точки, зарегистрирована мгновенная теневая картина течения и интегральное по времени собственное свечение ударного слоя. Проведены оценки времени ионизационной релаксации и рассчитаны равновесные параметры газа за отраженной ударной волной. Проведено численное моделирование течения в сопле и вблизи полусферы в осесимметричной постановке с учетом ионизации и рекомбинации при высоких температурах и отрыва температуры электронов. По результатам зондовых измерений выполнена оценка концентрации заряженных частиц в ударном слое вблизи критической точки.
1. Vanyai T., Gibbons N. The overestimation of O radicals in shock tunnel test flows and its effect on supersonic combustion // Aerospace Science and Technology. 2025. Vol. 164. Pp. 110422. https://doi.org/10.1016/j.ast.2025.110422 2. Битюрин В. А., Бочаров А. Н. О наземных МГД-экспериментах в гиперзвуковых потоках // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48. № 6. С. 916–923. 3. Козлов Г. И., Ройтенбург Д. И., Ступицкий Е. Л. Расширение частично ионизованного аргона в гиперзвуковом сопле // ПМТФ. 1969. №4. С. 22-31. 4. Igra O. Supersonic expansion on non-equilibrium plasmas // Progress in Aerospace Sciences. 1975. Vol. 16. №3. Pp. 299-366. https://doi.org/10.1016/0376-0421(75)90018-4 5. Масленников В. Г., Сахаров В. А. Двухдиафрагменная ударная труба Физико-технического института // ЖТФ. 1997. Т. 67. № 11. С. 88-95 6. Код Nenzf1d (GDTk). [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://gdtk.uqcloud.net/ (дата обращения: 27.04.2026). 7. Gibbons N. N., Damm K. A., Jacobs P. A., Gollan R. J. Eilmer: an open-source multi-physics hypersonic flow solver // Computer Physics Communications. 2023. Vol. 282. Pp. 108551. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2022.108551 8. Hoffert M. I., Lien H. Quasi‐One‐Dimensional, Nonequilibrium Gas Dynamics of Partially Ionized Two‐Temperature Argon // Physics of Fluids. 1967. Vol. 10. No. 8. Pp. 1769-1777. https://doi.org/10.1063/1.1762356 9. Монахов Н. А., Попов П. А., Сахаров В. А., Куракин Р. О. Анализ применимости квазиодномерного подхода для определения газодинамических параметров в ударной трубе с отражающим соплом // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2025. Т.26, вып. 3. http://chemphys.edu.ru/issues/2025-26-3/articles/1179/ 10. Smith D. R., Gildfind D. E., Jacobs P. A., Cullen T. G., James C. M., Liu Y., Gollan R. and McIntyre T. J. Magnetohydrodynamic Drag Measurements in an Expansion Tunnel with Argon Test Gas // AIAA Journal. 2020. Vol. 58. No. 10. Pp. 4495-4504. https://doi.org/10.2514/1.J059540 11. Чан П., Тэлбот Л., Турян К. Электрические зонды в неподвижной и движущейся плазме (теория и применение). М.: Мир, 1978. 202 с. 12. Бенилов М. С. Теория электрических зондов в потоках слабоионизованной плазмы высокого давления // ТВТ. 1988. Т. 26. №5. С. 993–1004. 13. Бенилов М. С. Глава 11. Электрические зонды в режиме сплошной среды. // Низкотемпературная плазма. Т. 9. Диагностика низкотемпературной плазмы. Новосибирск: Наука, 1994. 484 с. 14. Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма. Под ред. Б. Я. Мойжеса и Г. Е. Пикуса. М.: Наука, 1973. 480 с. 15. Мак-Даниель И., Мэзон Э. Подвижность и диффузия ионов в газах. М.: Мир. Пер. с англ. 1976. 424 с.
