ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №11

Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

English page

 

 

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.16

УДК: 533.9.07:519.6

 

 

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПЛАЗМЕННОЙ СТРУИ

В ЛАБОРАТОРНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ С ГЕНЕРАТОРОМ

ВЗРЫВНОГО ТИПА

 

В.А. Гасилов ¹, Н.О. Савенко ¹, Е.М. Урвачев ^1,2,

Т.В. Лосева ², А.С. Грушин ¹, Ю.В. Поклад ²

 

¹ Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН

125047, Москва, Миусская пл., д.4

² Институт динамики геосфер имени академика М. А. Садовского РАН

119334, Москва, Ленинский пр-т., д.38, к.1

 

Статья поступила в редакцию 2 октября 2025 г.

 

Аннотация. Представлены результаты моделирования процессов, происходящих при работе взрывного генератора плазменной струи,  в газодинамическом приближении с учетом уравнения состояния продуктов взрыва в форме Джонса-Уилкинса-Ли. Рассмотрены два размера генератора и два рабочих материала – алюминий и свинец. Определена суммарная инжектируемая масса и энергия результирующего плазменного образования. Получены временные зависимости плотности, скорости и температуры плазменной струи, проведено сравнение с ранее восстановленным сценарием инжекции на основе лабораторного эксперимента. Показано, что температура свинцовой струи практически на порядок превосходит значения для генератора с алюминием. Сделан вывод о перспективности множественного сценария инжекции для моделирования астрофизических процессов.

Ключевые слова: взрывной генератор плазменной струи, уравнения состояния JWL, детонация, сценарий инжекции, лабораторный эксперимент.

Финансирование: Работа В.А. Гасилова и Е.М. Урвачева по моделированию динамики плазмы во взрывном генераторе и подбору уравнений состояния выполнена в рамках Проекта РНФ № 25-61-00018. Работа Т.В. Лосевой и Ю.В. Поклада по анализу экспериментальных данных и выбору рабочего вещества выполнена в рамках Государственного задания № FMWN-2025-0006.

Автор для переписки: Савенко Никита Олегович, savenkonkt@gmail.com

 

 

Литература

1. Blaunstein N., Plohotniuc E. Ionosphere and applied aspects of radio communication and radar. – CRC press, 2008. https://doi.org/10.1201/9781420055177

2. Гришенцев А.Ю., Коробейников А.Г. Обратная задача радиочастотного зондирования ионосферы // Журнал радиоэлектроники. – 2010. – №. 10.  – С. 10.

3. Пашинцев В.П. и др. Структурно-многолучевой подход к разработке пространственно-временной модели одномодового декаметрового канала связи с диффузной многолучевостью // Журнал радиоэлектроники. – 2022.  – №. 6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.6.3

4. Galperin I.U.M., Gurevich V.L., Kozub V.I. Thermoelectric effects in superconductors // Zhurnal Eksperimental'noi i Teoreticheskoi Fiziki. – 1974.  – Т. 66. – С. 1387-1397.

5. Sinevich A.A. et al. The Internal structure of a polarization jet/SAID: A stratified polarization jet/SAID // Geomagnetism and Aeronomy. – 2023. – Т. 63. – №. 6.  – С. 747-756. https://doi.org/10.1134/S0016793223600583

6. Mishin E.V. The evolving paradigm of the subauroral geospace // Frontiers in Astronomy and Space Sciences. – 2023. – Т. 10. – id. 1118758. https://doi.org/10.3389/fspas.2023.1118758

7. Sinevich A.A. et al. The Polarization Jet/SAID and Plasma Irregularities of Different Scales // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. – 2024. – Т. 88.  – №. 3. – С. 375-380. https://doi.org/10.1134/S1062873823705548

8. Erlandson R.E. et al. The APEX North Star experiment: observations of high-speed plasma jets injected perpendicular to the magnetic field // Advances in Space Research. – 2002. – Т. 29. – №. 9. – С. 1317-1326. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(02)00183-7

9. Zetser J.I., Poklad Y.V., Erlandson R.E. Active Experiments in the Ionosphere at Altitudes of 140–360 km. Optical Observations Results Reanalysis // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. – 2021. – Т. 57. – №. 5. – С. 745-760. https://doi.org/10.1134/S1069351321050219

10. Лосева Т.В. и др. Характеристики плазменной струи взрывного генератора в экспериментах «Флаксус»: измерения и численное моделирование // Динамические процессы в геосферах. – 2021. – №. 13. – С. 175-186. https://doi.org/10.26006/22228535_2021_1_175

11. Losseva T.V. et al. Numerical Simulations of the First Stage of Dynamics of a High-Speed Plasma Jet in Fluxus and North Star Active Geophysical Rocket Experiments // Plasma Physics Reports. – 2022. – Т. 48. – №. 10. – С. 1106-1110. https://doi.org/10.1134/S1063780X2260058X

12. Kiselev Y.N. et al. Investigation of high-speed air jets of an explosive plasma generator // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. – 1986. – Т. 27. – №. 4. – С. 492-495. https://doi.org/10.1007/BF00910188

13. Киселев Ю.Н., Поклад Ю.В., Ронедественский В.Б., Христофоров Б.Д., Юрьев В.Л. Взрывные источники высокоскоростной плазмы и УФ-излучения. 2-й Всесоюзный симпозиум по радиационной плазмодинамике. Тезисы докладов, ч;1, МГТУ, 1991, с.59-60.

14. Swenson C.M. et al. CRIT II electric, magnetic, and density measurements within an ionizing neutral stream // Geophysical research letters. – 1990. – Т. 17. – №. 13. – С. 2337-2340. https://doi.org/10.1029/GL017i013p02337

15. Zakharov Y.P. et al. New type of large-scale experiments for laboratory astrophysics with collimated jets of laser plasma in a transverse magnetic field  // Quantum Electronics. – 2019. – Т. 49. – №. 2. – С. 181-186. https://doi.org/10.1070/QEL16884

16. Zakharov Y.P. et al. On the opportunity of Laser Plasma simulation of Plasma Jets formation in moderate magnetic fields∼ kGs // Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing, 2021. – Т. 2067. – №. 1. – id. 012021. – C. 5. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2067/1/012021

17. Беляев В.С. и др. Численное моделирование замагниченных астрофизических джетов и сравнение с лабораторным лазерным экспериментом // Астрономический журнал. – 2018. – Т. 95. – №. 3.  – С. 171-192. https://doi.org/10.7868/s0004629918030039

18. Бескин В.С., Крауз В.И., Ламзин С.А. Лабораторное моделирование струйных выбросов из молодых звёзд на установках с плазменным фокусом // Успехи физических наук. – 2023. – Т. 193. – №. 4. – С. 345-381. https://doi.org/10.3367/UFNr.2021.12.039130

19. Киселев Ю.Н., Поклад Ю.В., Христофоров Б.Д. Область соударения вы­сокоскоростных плазменных струн свинца-мощный источник жесткого УФ-излучения. 3-й Межгосударственный симпозиум по радиационной плазмодинамике. Тезисы докладов, “Инженер”, 1994, с.28-29.

20. Лосева Т.В. и др. Начальная стадия развития плазменной струи в активных геофизических ракетных экспериментах // Динамические процессы в геосферах. – 2024. – №. 9. – С. 102-110.

21. Валько В.В. и др. Уравнения состояния продуктов детонации взрывчатых веществ // Препринты Института прикладной математики им. МВ Келдыша РАН. – 2021. – №. 51. – С. 38. https://doi.org/10.20948/prepr-2021-51

22. Валько В.В. и др. Моделирование воздушной ударной волны с использованием уравнений состояния продуктов детонации в форме Джонса–Уилкинса–Ли // Математическое моделирование. – 2022. – Т. 34. – №. 4.  – С. 3-22. https://doi.org/10.20948/mm-2022-04-01

23. Gasilov V.A. et al. MARPLE: software for multiphysics modelling in continuous media // Вычислительные методы и программирование. – 2023. – Т. 24.  – №. 4. – С. 316-338. https://doi.org/10.26089/NumMet.v24r423

24. Поклад Ю.В. Взрывные генераторы плазменных струй для экспериментального моделирования и активных геофизических экспериментов : дис. – Ин-т динамики геосфер, 1996.

25. Erlandson R.E. et al. North star Plasma-jet space experiment // Journal of Spacecraft and Rockets. – 2004. – Т. 41. – №. 4. – С. 483-489. https://doi.org/10.2514/1.11943

26. Адушкин В.В. и др. Активные эксперименты” Флаксус 1, 2”: исследование взаимодействия плазменной струи с геофизической средой на высоте 140 км // ДАН РФ. – 1998. – Т. 361. – №. 6. – С. 818-821.

27. Chemezov D.A. Description of library materials software package ANSYS AUTODYN // ISJ Theoretical & Applied Science. – 2014. – Т. 16. – №. 8.  – С. 4-23. http://dx.doi.org/10.15863/TAS.2014.08.16.2

28. Savenko N.O. et al. Numerical Simulation of Plasma Jet Expansion in a Laboratory Experiment // Plasma Physics Reports. – 2025. – Т. 51. – №. 6. – С. 697-707. https://doi.org/10.1134/S1063780X25602755

29. Савенко Н.О., Урвачев Е.М. Численное моделирование высокоскоростных плазменных струй при произвольном угле инжекции // Препринты Института прикладной математики им. МВ Келдыша РАН. – 2025. – №. 28. – С. 21.  EDN: QJIUBT

30. Bdzil J.B., Stewart D.S. The dynamics of detonation in explosive systems // Annu. Rev. Fluid Mech. – 2007. – Т. 39. – №. 1. – С. 263-292. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.38.050304.092049

31. Lee E., Finger M., Collins W. JWL equation of state coefficients for high explosives. – Lawrence Livermore National Lab.(LLNL), Livermore, CA (United States), 1973. – №. UCID-16189.

32. Горбатенко А.А. Анализ уравнения состояния продуктов детонации JWL // Молодежный научно-технический вестник. – 2012. – №. 3. – С. 11.

33. Медин С.А., Паршиков А.Н. Использование уравнения состояния jwl и макрокинетического уравнения разложения вв в методе sph // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. – 2012. – Т. 13. – №. 4. – С. 6.

34. Герасимов С.И. и др. Скорость детонации пиротехнического состава ВС-2 и параметры уравнения состояния продуктов его взрыва в форме Джонса–Уилкинса–Ли // Физика горения и взрыва. – 2022. – Т. 58. – №. 2. – С. 100-108. https://doi.org/10.15372/FGV20220211

35. Nikiforov A.F., Novikov V.G., Uvarov V.B. Quantum-statistical models of hot dense matter: methods for computation opacity and equation of state. – Basel : Birkhäuser Basel, 2005.

36. Vichev I.Y. et al. On certain aspects of the THERMOS toolkit for modeling experiments // High Energy Density Physics. – 2019. – Т. 33. – id. 100713. – C. 7. http://dx.doi.org/10.1016/j.hedp.2019.100713.

37. Popel S.I. et al. Shock waves in charge-varying dusty plasmas and the effect of electromagnetic radiation // Physics of Plasmas. – 2000. – Т. 7. – №. 6.  – С. 2410-2416. http://dx.doi.org/10.1063/1.874079

38. Лосева Т.В., Попель С.И., Голубь А.П. Пылевые ионно-звуковые ударные волны в лабораторной, ионосферной и астрофизической плазме  // Физика плазмы. – 2020. – Т. 46. – №. 11. – С. 1007-1025. https://doi.org/10.31857/S0367292120110049

39. Pfaff R.F. et al. Electric field, magnetic field, and density measurements on the active plasma experiment sounding rocket // Journal of spacecraft and rockets.  – 2004. – Т. 41. – №. 4. – С. 521-532. https://doi.org/10.2514/1.11945

40. Корсунская Ю.А., Панкова М.В. Влияние жесткого рентгеновского и гамма излучений солнца на ионосферу земли и другие процессы в геосферах. Часть III. Ночная область // Динамические процессы в геосферах. – 2021. – №. 13.  – С. 166-175. https://doi.org/10.26006/22228535_2021_1_166

41. Losseva T.V. et al. Numerical Simulation of the Interaction of High-Velocity Plasma Jets Injected in the Earth’s Ionosphere // Plasma Physics Reports. – 2023.  – Т. 49. – №. 8. – С. 991-999. https://doi.org/10.1134/S1063780X23600810

42. Rousskikh A.G. et al. Radiographic investigation of metal-puff plasma jets generated by vacuum arcs // IEEE Transactions on Plasma Science. – 2018. – Т. 46. – №. 10. – С. 3487-3492. https://doi.org/10.1109/TPS.2018.2849205

43. Lobok M.G., Brantov A.V., Bychenkov V.Y. Shielded radiography with gamma rays from laser-accelerated electrons in a self-trapping regime // Physics of Plasmas. – 2020. – Т. 27. – №. 12. https://doi.org/10.1063/5.0028888

Для цитирования:

Гасилов В.А., Савенко Н.О., Урвачев Е.М., Лосева Т.В., Грушин А.С., Поклад Ю.В. Моделирование динамики плазменной струи в лабораторном эксперименте с генератором взрывного типа // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.11.16