Способ получения оптимальных параметров системы восстановления давления для химических сверхзвуковых лазеров

 

Изобретение относится к лазерной технике и используется в одноступенчатых системах восстановления давления (СВД) химических сверхзвуковых лазеров, например, в передвижных системах. Выполняют экспериментальную доработку СВД путем ее присоединения к источнику сверхзвукового газового потока низкого давления, выполненного в виде газодинамического имитатора химического сверхзвукового лазера, и совместного варьирования их физических и геометрических параметров, которые выполняют в следующей последовательности: автономно в холостом режиме запускают эжектор до достижения давления газа перед соплами, равного расчетному давлению в канале подвода газа перед эжектором, устанавливают оптимальные параметры СВД путем определения и согласования характеристик эжектора и сверхзвукового диффузора, для чего при полностью запущенном эжекторе определяют нагрузочную характеристику эжектора, давление в канале подвода газа в эжектор, зависимость давления срыва эжектора от расхода эжектируемого модельного газа путем изменения сечения горловины сопла эжектора или сечения горла эжектора. При каждом изменении геометрических параметров эжектора снова определяют его нагрузочную характеристику. Затем определяют давление запуска и срыва сверхзвукового диффузора. Способ обеспечивает снижение стоимости экспериментальной доработки лазера. 2 ил.

Изобретение относится к лазерной технике, в частности, к одноступенчатым системам восстановления давления (СВД) для химических сверхзвуковых лазеров, используемых, например, в передвижных системах.

Известен способ получения оптимальных параметров системы восстановления давления для химических сверхзвуковых лазеров, заключающийся в ее экспериментальной доработке путем присоединения к химическому сверхзвуковому лазеру и совместного варьирования их физических параметров (см. 1. AIAA Journal, October 1982 "A Theoretical and Experimental Investigation of the Constant Area, Sypersonic-Supersonic Egector", J.C. Button, C.D. Mikkelsen and A.L. Addy; 2. AIAA - paper 1978-1217 "ON THE RATIONAL DESIGN OF COMPRESSIBLE FLOW EJECTORS", P.J. Ortwerth).

Недостаток известного способа состоит в том, что экспериментальная доработка СВД требует большого количества пусков сверхзвукового химического HF (DF) лазера совместно с СВД, для которого она предназначена. При этом лазер расходует в качестве топлива очень дорогостоящие и токсичные компоненты (дейтерий).

Задача изобретения - снижение стоимости экспериментальной доработки за счет использования газодинамического имитатора в качестве химического сверхзвукового лазера, снижение длительности процесса доработки и повышение качества доработки.

Технический результат поставленной задачи достигается тем, что в способе получения оптимальных параметров системы восстановления давления для химических сверхзвуковых лазеров, заключающемся в ее экспериментальной доработке путем присоединения к источнику сверхзвукового газового потока низкого давления и совместного варьирования их физических параметров, предлагается в качестве источника сверхзвукового газового потока низкого давления использовать газодинамический имитатор химического сверхзвукового лазера, а варьирование физических и дополнительно геометрических параметров осуществлять в следующей последовательности: автономно в холостом режиме полностью запускают эжектор до достижения давления эжектирующего газа перед соплами равного расчетному давлению в канале подвода перед эжектором; затем устанавливают оптимальные параметры СВД путем определения и согласования характеристик эжектора и сверхзвукового диффузора: для чего при полностью запущенном эжекторе определяют: во первых, нагрузочную характеристику эжектора путем изменения расхода эжектируемого газа в пределах 10...120% от расчетной величины, а также определяют давление в канале подвода эжектирующего газа в эжектор; во вторых, - зависимость давления срыва эжектора от расхода эжектируемого модельного газа, при этом для достижения значения этого давления, меньше или равного расчетному давлению в канале подвода в эжектор, соответственно уменьшают сечение горловины сопла эжектора или сечение горла эжектора, при каждом изменении геометрических параметров эжектора снова определяют его нагрузочную характеристику и давление срыва; затем также при полностью запущенном эжекторе определяют давления запуска и срыва сверхзвукового диффузора путем изменения расхода эжектируемого модельного газа в пределах от 0. . . 120%, при этом для достижения значения давления срыва, меньше или равного расчетному статическому давлению в потоке перед сверхзвуковым диффузором, изменяют минимальное сечение канала сверхзвукового диффузора, например, заменой толщины пилонов, а для установления температуры потока эжектируемого модельного газа соответствующей расчетной изменяют поверхность и массу теплообменных элементов теплообменника.

На фиг.1 представлен общий вид схемы экспериментальной доработки системы восстановления давления.

На фиг. 2 - согласованные нагрузочная характеристика эжектора и срывная характеристика сверхзвукового диффузора, а также характеристика статического давления перед сверхзвуковым диффузором.

Схема (фиг.1) экспериментальной доработки СВД содержит установленный на опорах газодинамический имитатор 1 химического сверхзвукового лазера, который предназначен для получения газовой среды с определенным составом, температурой и массовым расходом. Получаемая газовая среда имеет молярный вес и показатель адиабаты, соответствующие параметрам продуктов сгорания непрерывного химического DF-лазера. Система восстановления давления выполнена одноступенчатой, с геометрическими и физическими параметрами, определенными проектировочными расчетами. Газодинамический имитатор 1 последовательно соединен со сверхзвуковым диффузором 2, предназначенным для торможения сверхзвукового потока; теплообменником 3, предназначенным для охлаждения потока; эжектором 4, предназначенным для создания разрежения на выходе сверхзвукового диффузора 2 на режиме запуска и для повышения давления до атмосферного на рабочем режиме. Эжектор 4 состоит из соплового блока 5, камеры смешения 6, дозвукового диффузора 7, газогенератора 8 и горла 9 эжектора. Схема экспериментальной доработки содержит также контрольно-измерительную систему 10 состоящую из датчиков давления 11 и 12, установленных на входе в сверхзвуковой диффузор 2 и на входе в эжектор 4; датчиков температуры 13-16, установленных в камере сгорания газогенератора 8 и в газодинамическом имитаторе 1. Во время автономного полного запуска эжектора 4 может быть использована заглушка 17, устанавливаемая между эжектором 4 и сверхзвуковым диффузором 2. Системы подачи компонент и охлаждения не показаны.

Способ получения оптимальных параметров системы восстановления давления для химического сверхзвукового лазера осуществляется следующим образом.

На первом этапе доработки автономно определяются оптимальные параметры режима запуска эжектора 4. Для этого закрывают доступ эжектируемого газа в эжектор 4, например, устанавливая заглушку 17 между эжектором 4 и сверхзвуковым диффузором 2. Запускают газогенератор 8 эжектора 4 с таким расходом рабочего тела, чтобы давление эжектирующего газа перед соплами было равно расчетному. Режим запуска эжектора 4 контролируют датчиком давления 12 в канале подвода эжектирующего газа перед эжектором. Если давление в канале подвода эжектирующего газа выше расчетного давления, что означает неполный запуск эжектора 4, то увеличивают расход рабочего тела эжектора 4, добиваясь полного запуска. Если давление в канале подвода перед эжектором 4 меньше или равно расчетному, то эжектор 4 полностью запущен. На втором этапе доработки при том уровне расхода рабочего тела эжектора 4, который соответствует полному запуску, определяют нагрузочную характеристику эжектора 4. Для этого присоединяют ко входу эжектора 4 газодинамический имитатор 1 химического лазера и сверхзвуковой диффузор 2; с имитатора 1 подают 10% расхода эжектируемого газа (модельного газа, имитирующего поток продуктов химического лазера); запускают газогенератор эжектирующего газа; определяют давление датчиком 12 в канале подвода эжектирующего газа в эжектор 4; повторяют измерения, варьируя расход эжектируемого газа в диапазоне 10...120% от расчетной величины; строят график зависимости давления эжектируемого газа от его расхода (фиг.2). При этом измеряют температуру потока с помощью датчиков 15 и 16 перед и после теплообменника 3. Если разница температур меньше расчетной величины, то увеличивают поверхность и массу теплообменных элементов теплообменника 3. На третьем этапе доработки определяют режим срыва эжектора 4, то есть тот расход эжектируемого газа, при котором его давление начинает быстро расти. В случае, если срыв эжектора происходит при расходе эжектируемого газа, меньшем расчетного, уменьшают сечение горла 9 эжектора 4, например, заменой. После этого повторяют измерения второго этапа. В случае, если давление эжектируемого газа больше расчетной величины, увеличивают число Маха эжектирующего потока путем изменения профиля сопла. Например, уменьшают сечение горловины сопла 5 эжектора 4, сохраняя сечение выхода сопла постоянным. После этого снова повторяют измерения второго этапа. На четвертом этапе доработки определяют параметры работы сверхзвукового диффузора 2. Для этого запускают газогенератор эжектора 4 и подают эжектирующий газ в сопло эжектора 4; запускают газодинамический имитатор 1 и подают поток модельного газа на вход сверхзвукового диффузора 2; а также определяют режим запуска диффузора 2 по уровню статического давления в потоке модельного газа перед диффузором 2. Если давление в потоке модельного газа меньше или равно расчетному, то диффузор 2 запущен. Затем варьируют расход модельного газа в диапазоне 0...120% от расчетной величины и строят график зависимости давления в потоке модельного газа перед диффузором 2 от его расхода. Пятым этапом определяют режимы запуска и срыва диффузора, то есть те пределы по расходу модельного газа, в которых обеспечивается расчетное давление в потоке перед сверхзвуковым диффузором 2. В случае, если наблюдается срыв сверхзвукового режима течения перед диффузором 2 при расчетном значении расхода, то есть давление перед диффузором 2 существенно превышает расчетное, то варьируется минимальное сечение канала диффузора 2, например, заменой толщины пилонов, затем повторяют измерения четвертого этапа. В результате выполнения измерений всех этапов и построения (фиг.2) полученных характеристик эжектора 4 и сверхзвукового диффузора 2 можно сделать следующий вывод: оптимальным рабочим диапазоном СВД с оптимальными параметрами является участок между пересечениями их характеристик. Кроме того, этот рабочий диапазон СВД является наиболее экономически выгодным.

Предлагаемый способ позволяет существенно снизить стоимость доработки за счет использования газодинамического имитатора, а также за счет оптимизации предложенных действий.

Формула изобретения

Способ получения оптимальных параметров системы восстановления давления для химических сверхзвуковых лазеров, заключающийся в ее экспериментальной доработке путем присоединения к источнику сверхзвукового газового потока низкого давления и совместного варьирования их физических параметров, отличающийся тем, что в качестве источника сверхзвукового газового потока низкого давления используют газодинамический имитатор химического сверхзвукового лазера, а варьирование физических и дополнительно геометрических параметров осуществляют в следующей последовательности: автономно в холостом режиме полностью запускают эжектор до достижения давления эжектирующего газа перед соплами, равного расчетному давлению в канале подвода перед эжектором, затем устанавливают оптимальные параметры системы восстановления давления путем определения и согласования характеристик эжектора и сверхзвукового диффузора, для чего при полностью запущенном эжекторе определяют, во первых, нагрузочную характеристику эжектора путем изменения расхода эжектируемого газа в пределах 10...120% от расчетной величины, а также определяют давление в канале подвода эжектирующего газа в эжектор, во вторых, зависимость давления срыва эжектора от расхода эжектируемого модельного газа, при этом для достижения значения этого давления, меньше или равного расчетному давлению в канале подвода в эжектор, соответственно уменьшают сечение горловины сопла эжектора или сечение горла эжектора, при каждом изменении геометрических параметров эжектора снова определяют его нагрузочную характеристику, затем также при полностью запущенном эжекторе определяют давления запуска и срыва сверхзвукового диффузора, путем изменения расхода эжектируемого модельного газа в пределах 0...120%, при этом для достижения значения давления срыва, меньше или равного расчетному давлению в потоке, перед сверхзвуковым диффузором изменяют минимальное сечение канала диффузора, например, заменой толщины пилонов, а для установления температуры потока эжектируемого модельного газа соответствующей расчетной изменяют поверхность и массу теплообменных элементов теплообменника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 10.08.2005        БИ: 22/2005