Газодинамический лазер

 

Использование: в лазерной технике, в частности в устройствах газодинамического СО лазера. Сущность изобретения: лазер в дозвуковой части сопловых лопаток имеет дополнительные каналы, соединяющие каналы охлаждения с проточной частью, суммарная площадь которых вместе с площадью каналов распределительного устройства, установленного в проточной части, составляет 1 - 2,5 площади входа в дополнительную камеру сгорания для обеспечения коэффицента избытка воздуха перед критическим сечением сопловых лопаток в диапазоне, равном 1 - 3. Выходы основной и дополнительной камер сгорания соединены общей проточной камерой, а распределительное устройство расположено на сопловых лопатках и выполнено в виде коллектора, соединяющего каналы охлаждения с дополнительными каналами, выходы которых соединены с проточной частью. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технической физике, в частности к газодинамическим СО₂ лазерам (ГДЛ).

Известен газодинамический лазер, содержащий камеру сгорания, сопловые лопатки, резонатор и диффузор, в котором энергия горения углеводородного топлива с воздухом, отбираемом от источника высокого давления, например компрессора газотурбинного двигателя, передается в камере сгорания молекулам азота, а от них запасается в молекулах СО₂ [1] В таком ГДЛ имеется значительная релаксация, ограничивающая максимум выводимой в резонаторе энергии.

Наиболее близким к изобретению является ГДЛ, содержащий основную и дополнительную камеры сгорания, распределительное устройство и сопловые лопатки с каналами охлаждения [2] В данном ГДЛ релаксация имеет меньшее значение за счет приближения зоны горения к критическому сечению сопловых лопаток, однако из-за разного размера частиц топлива и неравномерности температурного поля в проточной части ГДЛ фронт горения отличается от плоскости, которая проходит через линии критических сечений сопловых лопаток.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, повышение мощности и эксплуатационной надежности.

Цель достигается приближением зоны горения мелкодисперсного топлива к критическому сечению лопаток.

В предлагаемом газодинамическом лазере согласно изобретению в дозвуковой части сопловых лопаток выполнены дополнительные каналы, соединяющие каналы охлаждения с проточной частью, суммарная площадь которых вместе с каналами распределительного устройства, установленного в проточной части, составляет 1-2,5 площади входа в дополнительную камеру сгорания для обеспечения коэффициента избытка воздуха перед критическим сечением сопловых лопаток в диапазоне от 1 до 3, выходы основной и дополнительной камер сгорания соединены общим ресивером.

При наличии возможных условий в проточной части распределительное устройство расположено на сопловых лопатках и выполнено в виде коллектора, соединяющего каналы охлаждения с дополнительными каналами, выход которых соединен с ресивером.

Технический эффект изобретения снижение релаксации, использование части энергии химической реакции, непосредственно переходящей в газовую фазу, и уменьшение тепловых потерь газа на нагрев конструкции, а также повышение мощности и эксплуатационной надежности.

На фиг. 1 изображено сечение предлагаемого ГДЛ; на фиг.2 сечение ГДЛ с видоизмененным распределительным устройством.

ГДЛ с источником 1 воздуха высокого давления содержит основную камеру 2, дополнительную камеру 3 сгорания, распределительное устройство 4, проточную часть 5, сопловые лопатки 6 с каналами 7 охлаждения и дополнительными каналами (отверстиями) 8 в дозвуковой части 9 и критическим сечением 10.

ГДЛ работает следующим образом.

От источника 1 воздуха высокого давления воздух поступает в основную 2 и дополнительную 3 камеры сгорания, в распределительное устройство 4 и каналы 7 охлаждения сопловых лопаток 6. Горячие газы от основной камеры 2 сгорания поступают в проточную часть 5 и нагревают продукты неполного сгорания, поступающие также в общую проточную часть 5, где установлено распределительное устройство, подающее воздух (или другой окислитель) для дожигания продуктов неполного сгорания. При наличии условий в проточной части 5 ГДЛ (давление, температура и скорость газов), сдвигающих зону воспламенения мелкодисперсного топлива к критическим сечениям 10 сопловых лопаток 6, распределительное устройство размещается на сопловых лопатках и имеет отверстия в дозвуковой части 9 сопловых лопаток 6 (фиг.2).

Воздух из системы охлаждения поступает в дополнительные отверстия 8, выполненные в дозвуковой части 9, из каналов 7 охлаждения сопловых лопаток 6 и охлаждает их, а кроме того, доводит коэффициент избытка воздуха перед критическим сечением 10 до расчетной величины в диапазоне от 1 до 3 вместе с распределительным устройством. Значение коэффициента избытка воздуха меньшее 1 приведет к появлению несгоревших частиц топлива, что снижает выходную мощность ГДЛ, а большее 3 значение коэффициента избытка воздуха приведет к снижению температуры газов ниже возможного порога появления инверсии населенности и отсутствию лазерного эффекта. Суммарная площадь дополнительных каналов в сопловых лопатках и в распределительном устройстве составляет 1-2,5, так как температура воздуха ниже температуры газов проточной части.

Техническая эффективность предлагаемого ГДЛ по сравнению с прототипом заключается в том, что вне зависимости от условий разложения в основной и дополнительной камерах сгорания создается плоский фронт горения топлива в расчетной точке перед критическим сечением сопловых лопаток, уменьшая релаксацию и используя энергию химической реакции, непосредственно переходящую в изгибные и вращательные моды возбуждения молекулы СО₂, что позволяет повысить мощность и эксплуатационную надежность.

Формула изобретения

1. ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР, содержащий основную и дополнительную камеры сгорания, распределительное устройство и сопловые лопатки с каналами осаждения, установленные в протонной части, отличающийся тем, что в дозвуковой части сопловых лопаток выполнены дополнительные каналы, соединяющие каналы охлаждения с проточной частью, суммарная площадь которых вместе с площадью каналов распределительного устройства, установленного в проточной части, составляет 1 2,5 площади входа в дополнительную камеру сгорания для обеспечения коэффициента избытка воздуха перед критическим сечением сопловых лопаток в диапазоне 1 3, причем выходы основной и дополнительной камер сгорания соединены проточной камерой.

2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что распределительное устройство расположено на сопловых лопатках и выполнено в виде коллектора, соединяющего каналы охлаждения с дополнительными каналами, выходы которых соединены с проточной камерой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2