DE2559111A1

DE2559111A1 - Dynamischer gaslaser

Info

Publication number: DE2559111A1
Application number: DE19752559111
Authority: DE
Inventors: Richard Heidmann; Jacques Pierre Thieck
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Priority date: 1974-12-31
Filing date: 1975-12-30
Publication date: 1976-07-15
Also published as: IT1051913B; GB1524730A; CA1050144A; JPS5193188A; FR2296955B1; FR2296955A1; US4320358A

Description

DIPL.-ING. G. DAHLMANN

PAT K NTAN W A Ι/Γ

eCCC MANNHEIU 1,

STEPIIANIENUPER 2 ΤΕΓ,ΕΐΌΝ O

SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION 3, avenue du General de Gaulle

PUTEAUX , Frankreich

Dynamischer Gaslaser

Die vorliegende Erfindung betrifft einen dynamischen Gaslaser.

Es sind bereits dynamische Gaslaser bekannt, in denen eine thermische oder elektrische Anregung oder Verdichtung von Molekülen eines gasförmigen Hauptstromes, im allgemeinen Stickstoff (Ng),

2/

609829/0573

durchgeführt wird, wobei die Schwingungsenergie, die von dem gasförmigen Hauptstrom getragen wird, auf einen im allgemeinen Kohlendioxid (CO₃) enthaltenden gasförmigen Sekundärstrom übertragen wird, der geeignet ist, in einem resonanzgebenden Hohlraum eine kontinuierliche und kräftige Laser-Emission zu erzeugen.

Wenn die Anregung der Moleküle des gasförmigen Hauptstromes durch eine elektrische Entladung im Innern dieses gasförmigen Stromes durchgeführt wird, erfordert die Erzielung einer starken Laser-Emission die Verwendung von elektrischen Generatorkreisen, die platzraubend und verwickelt sind, wenn man ein hohes Niveau der Strahlungsleistung zu erreichen wünscht.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Moleküle des Hauptgasstromes auf thermischem Wege anzuregen, wobei die durch eine chemischexotherme Reaktion freigewordene Wärme verwendet wird (wobei diese chemische Reaktion gegebenenfalls einen der gasförmigen Ströme erzeugen kann). In diesem Fall werden Leistung und Wirkungsgrad durch die Anwesenheit der bei der exothermen Reaktion entstehenden oder ausströmenden Stoffe beeinträchtigt, die gegenüber dem Sekundärgasstrom eine schädliche Wirkung haben, wenn sie in einem relativ hohen Verhältnis dazu vorliegen.

Ziel der Erfindung ist ein in Masse und Ausmaßen reduzierter Laser für dynamische Gase mit guter Leistungsfähigkeit und geeignet, ein sehr hohes Ausstrahlungsniveau zu liefern, zum Beispiel in der-Größenordnung von Megawatt, wobei selbstverständlich diese Strahlungsleistung durch Beschränkungen in der Ausführung, insbesondere dem resonanzgebenden Hohlraum, begrenzt wird.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren erreicht, gemäß welchem der in einen geschlossenen Raum eingeführte Hauptgasstrom durch Schwingung (Vibration) angeregt und in diesen angeregten Hauptgasstrom ein Sekundärgasstrom eingespritz wird, der eine Laser-Emission erzeugen kann, wobei dieses Verfahren gemäß der Erfindung

... 3/ 609829/0573

eine Vorerhitzungsstufe auf eine Temperatur vorzugsweise über '500⁰K für den Hauptgasstrom vor seiner Zuführung in den Raum enthält. Die Anregung des vorerhitzten Hauptgasstromes kann dann entweder auf chemischem Wege durchgeführt werden, indem in den Raum wenigstens ein Stoff zugeführt wird, der dort exotherm reagieren kann, so daß er dem Hauptgasstrom eine Temperatur vorzugsweise über 2 000 K erteilt, oder auf elektrischem Wege, indem eine elektrische Entladung in dem Raum hervorgerufen wird, oder gleichzeitig auf chemischem und elektrischem Wege.

Dieses Ziel wird auch erreicht durch einen dynamischen Gaslaser, der einen Raum enthält, Mittel für die Zuführung eines Hauptgasstromes in dem Raum, Mittel zum Einspritzen eines Sekundärgasstromes in den Raum, und einen resonanzgebenden optischen Hohlraum, in dem eine Laser-Emission erzeugt werden kann, wobei dieser Laser gemäß der Erfindung außerdem Mittel zum Vorerhitzen des Hauptgasstromes enthält, die stromaufwärts vom Raum angeordnet sind und diesen Hauptgasstrom vor seiner Zuführung in die Reaktionskammern auf eine Temperatur von vorzugsweise über 500⁰K erhitzen können.

Die Vorerhitzung des Hauptgasstromes erlaubt es, diesen in dem Raum auf eine sehr hohe Temperatur, in der Größenordnung von 2 500⁰K bis 3 000°K, zu erwärmen, wodurch ein sehr hohes Strahlungsniveau mit einem zufriedenstellenden Wirkungsgrad erreicht werden kann. -

Nach einer besonderen Ausfuhrungsform der Erfindung wird diese Vorerhitzung in einem Austauscher durch Wärmeaustausch mit einem heißen Fluid durchgeführt. Dieses heiße Fluid kann aus Gasen bestehen, die aus einer chemisch-exothermen Reaktion hervorgehen, oder aus Gasen, die aus einem Turbinenstrahltriebwerk stammen.

Vorzugsweise wird die Kühlung der Wände des Raumes und der Mittel

609829/0573

zum Einspritzen des Sekundärgasstromes durch Zirkulation des Hauptgasstromes vor seinem Erhitzen gewährleistet, was die Erhöhung der Temperatur dieses Hauptgasstromes erlaubt.

Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung kann ein Gaskompressor im Kreislauf des Hauptgasstromes oberhalb (stromaufwärts) von dem Raum vorgesehen werden, um die Temperatur des Hauptgasstromes durch Verdichten zu erhöhen. Dieser Kompressor kann mit dem Wärmeaustauscher verbunden und, in diesem Fall, vorzugsweise stromabwärts von diesem angeordnet sein. Mann kann auch den Hauptgasstrom einfach durch Zirkulation in dem Kühlkreislauf des Raumes und der Einspritzmittel des Sekundärgasstromes und durch Durchführen durch den Kompressor vorerhitzen.

Für die Anregung des vorerhitzten Hauptgasstromes durch elektrische Entladung kann die erforderliche elektrische Energie von einer Turbine geliefert werden, die vorzugsweise durch das aus dem Austauscher stammende heiße Fluid ausgetrieben wird, was einerseits eine Beschränkung des Ausmaßes des Lasers und andererseits die teilweise Rückgewinnung der Energie dieses Fluid ermöglicht.

Wenn der Hauptgasstrom durch eine chemisch-exotherme Reaktion angeregt wird, ermöglicht das Vorerhitzen dieses gasförmigen Stromes eine sehr merkliche Reduzierung des Anteils an bei dieser Reaktion erzeugten Ausströmstoffen und damit, im Vergleich zu einem Laser mit nicht vorerhitztem Hauptgasstfom, die Erzielung einer höheren Strahlungsleistung im Laserbündel, bei gleichen Endtemperaturen des Hauptstromes im Raum und gleicher Gasmenge in dem resonanzgebenden Hohlraum. '

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus nachstehender Beschreibung einer beispielsweisen Ausführungsform, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, hervor.

609829/0573

In den Figuren der beigefügten Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine allgemeine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lasers, in dem der Hauptgasstrom durch Erwärmung auf chemischem Wege angeregt wird,

Fig. 2 eine schematische Teilansicht der Reaktionskammern des Lasers aus Fig. 1, und

Fig. 3 eine schematische Teilansicht des Kühlkreislaufs des Raumes und des Systems der Umkehr- und Einspritzdüsen des Lasers aus Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Laser umfaßt einen umschlossenen Raum 1, in dem eine Reaktionskammer 2 und optischer, resonanzgebender Hohlraum 3,vorgesehen sind. Der Hauptgasstrom, zum Beispiel Stickstoff (N₂), ist in flüssigem Zustand in einem Reservoir 4 gespeichert, von wo er durch eine Pumpe 5 unter Druck in die Reaktionskammer gepumpt wird.

Gemäß der Erfindung wird der Stickstoff vor seiner Zuführung in die Kammer 2 angewärmt, z.B. durch einen Durchlauf durch einen Wärmeaustauscher 6. Der Wärmeaustauscher kann aus einer Reihe flacher Kästen aus Legierungsblech oder feuerfestem Material bestehen, die durch Verstärkungselemente getrennt gehalten und durch zwei Rohrstutzen 6a und 6b verlängert werden, durch welche der anzuwärmende Stickstoff zu- und ausströmt. Der Wärmeaustausch vollzieht sich durch die Blechwände der Kästen, wobei der Stickstoff in der einen Richtung in einem von zwei Kästen und ein heißes, aus einer Quelle 7 stammendes Fluid in der anderen Richtung in den anderen Kästen zirkuliert.

Die Quelle ist im dargestellten Beispiel ein Generator für heißes Gas mit einer Verbrennungskammer, in welche Ergole zugeführt werden wie Kerosin, das in einem Speicher 8 gespeichert und mittels

609829/0573

einer Pumpe 9 in eine Verbrennungskammer eingespritzt wird, und Stickstoffperoxyd (N₂O₄) gespeichert in einem Reservoir 10 und mit einer Pumpe 11 eingespritzt. Die Verbrennungskammer wird durch nicht dargestellte Mittel gekühlt und für die Zufuhr der Ergole in die Verbrennungskammer wird vorzugsweise ein Regler 12 vorgesehen, der es ermöglicht, den Druck der Verbrennungsgase zu kontrollieren und diesem Druck einen Wert zu erteilen, der annähernd gleich dem des Stickstoffs im Austauscher 6 ist, um bei der Inbetriebnahme öder beim Stillstand eine übermäßige Deformierung der die Kästen dieses Austauschers bildenden Bleche zu vermeiden, eine Deformierung, die aus einem wesentlichen Unterschied zwischen den Drücken des Stickstoffes und der Verbrennungsgase resultieren könnte. Als Variante kann ein Turbinenstrahltriebwerk als Heißgasquelle verwendet werden.

Der angewärmte Stickstoff aus dem Austauscher 6 wird vorzugsweise mittels eines Gaskompressors 13 verdichtet, bevor er in die Reaktionskammer 2 eingeführt wird, was eine Erhöhung der Temperatur des Stickstoffes um beispielsweise ungefähr 200 bis 300 C erlaubt.

Der Stickstoff wird in die Reaktionskammer 2 durch eine Leitung

14 (Fig. 2) zugeführt, die in diese Kammer mit Zuführungsöffnungen

15 mündet, die je zwischen zwei benachbarten Injektoren (Einspritzdüsen) 16 für Stoffe wie Ergole angeordnet sind, die geeignet sind, in der Kammer 2 exotherm zu reagieren. Die Einspritzdüsen 16 sind so angeordnet, daß sie wenigstens eine Einspritzreihe bilden und sind mit Kanälen 17 versehen, die mit einer Beschickungsanlage der Reaktionsstoffe verbunden sind, die einerseits einen Speicher 18, z.B. mit Cyanogen (C₂N₃), und eine Beschickungspumpe 19 enthält, und andererseits einen Speicher z.B. mit Stickstoffperoxyd und eine Beschickungspumpe von der Art wie Speicher 10 und Pumpe 11. Selbstverständlich könnten auch andere Reaktionsstoffe verwendet werden, sofern sie geeignet sind, exotherm zu reagieren, indem sie Ausflußstoffe in annehmbaren Mengen produzieren. Die Kanäle 17 stehen mit der Kammer 2 durch eine Vielzahl von Öffnungen 20 in

609829/0573 ^?/

Verbindung,, die in den Wänden der Einspritzdüsen 16 vorgesehen und z.B. so eingestellt sind, daß sie die zwei in die Kammer 2 eintretenden Ströme der Reaktionsstoffe gegeneinander lenken. Diese Kammer hat eine Parallelepipedform, von der 2 Dimensionen, die Breite L und die Höhe h von der Form des resonanzgebenden Hohlraumes 3, der diese Kammern verlängert, bestimmt werden, und die dritte Dimension, die Tiefe 1, als Funktion der Strömungsgeschwindigkeit des Stickstoffs in die Kammer 2, unter Berücksichtigung der Zeiten, die für die Reaktion der Reaktionsstoffe und die Vermischung der Reaktionsstoffe mit dem Stickstoff notwendig sind. Die Injektionsdüsen 16 sind vorzugsweise nahe der Wand der Kammer 2 möglichst weit von dem resonanzgebenden Hohlraum entfernt angeordnet, damit die Tiefe 1 der Kammer 2 relativ kurz ist, wobei es möglich ist, eine homogene Mischung und ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen dem Stickstoff und den Ausströmstoffen zu erreichen. Die Kühlung der Einspritzdüsen 16 wird durch die Zirkulation der Reaktionsstoffe in den Kanälen 17 bewirkt.

Zwischen der Reaktionskammer 2 und dem resonanzgebenden Hohlraum 3 ist eine Reihe zylinderförmiger Profilkörper 21 angeordnet, die sich senkrecht zur Strömungsrichtung der Gase außerhalb der Kammer 2 erstrecken und zum Beispiel in senkrechter Richtung zu dieser Strömungsrichtung ausgerichtet sind. Die Abstände zwischen zwei Profilkörpern 21 bilden Düsen 22, die in Richtung zum Hohlraum 3 hin eine sehr bauchige Form aufweisen. Wenigstens ein Rohrstutzen 23 (Fig. 3) ist stromaufwärts mit einem Speicher 24 mit" Sekundärgasstrom, der insbesondere Kohlendioxid (CO₂) und gegebenenfalls Helium enthält, und stromabwärts mit Kanälen 25, die der Länge nach in den Profilkörpern 21 angebracht sind, verbunden. Diese Kanäle 25 beschicken im Sekundärgasstrom eine Vielzahl von Öffnungen 26, die seitlich in die Wände der Düsen 22 münden.

Nach dem Durchlauf durch die Düsen 22 strömen die Gase durch den optisch resonanzgebenden Hohlraum 3, welcher eine die Kammer 2

... 8/ 6G9829/0573

verlängernde Parallelepxpedform hat und in an sich bekannter Weise zwei Fenster 27, 28 enthält, die sich an den gegenüberliegenden Wänden des Hohlraumes befinden und hinter welchen wenigstens zwei Spiegel 29, 30 angebracht sind. Einer der zwei Spiegel (29) ist zum Beispiel in seiner Mitte durchbohrt, um die Laser-Emission (Ausstrahlung) zuzulassen (Pfeil F in Fig. 1).

Nachdem die Gase bei ihrem Durchlauf durch die Düsen eine starke Ausdehnung erfahren haben, herrscht in dem resonanzgebenden Hohlraum ein Druck, der niedriger als der atmosphärische Druck ist. Deshalb ist der resonanzgebende Hohlraum 3 in Strömungsrichtung der ihn durchströmenden Gase durch einen gashaltigen Zerstäuber in Parallelepipedform und etwas größerem Schnitt als der Hohlraum 3 verlängert. Der Zerstäuber 31 ist mit diesem Hohlraum durch vom Zerstäuber ausgehenden Absätzen 31a seiner Wände verbunden, wobei Stoßwellen 32 die Wiederverdichtung der aus dem Hohlraum 3 austretenden Gase erlauben. Vorzugsweise ist das Innere des Zerstäubers durch Wände abgeteilt, um mehrere Zylinderrohre von rechtwinkeligem Querschnitt zu formen, die sich parallel zur Strömungsrichtung der Gase erstrecken, um die Länge' der Stoßwelle zu reduzieren und damit die Länge des Zerstäubers.

Fig. 3 zeigt insbesondere einen Kühlkreislauf der Wände der Reaktionskammer 2 und der Körper 21 zum Einspritzen des Sekundärgasstromes. Im dargestellten Beispiel ist diese Kühlung durch Zirkulation des aus dem Speicher gepumpten Stickstoffes vor seinem Anwärmengewährleistet. Die röhrenförmigen Körper 21 werden parallel zu den Kanälen 25 von Kühlkanälen 33 durchlaufen, die stromaufwärts mit der Pumpe 5 über zwei als Zwischenstück dienende Rohrstutzen 34 verbunden sind. Diese zwei Rohrstutzen 34 ermöglichen einen Wechsel in der Strömungsrichtung des Stickstoffs in den aufeinanderfolgenden Körpern 21.

Die Kühlkanäle 33 beschicken Kühlleitungen 35, die in den Wänden der Reaktionskammern vorgesehen sind und die vorzugsweise wenig-

60 982 9/05 73 ^9/

stens die inneren Hauptwände der Reaktionskammer 2 bilden, d.h. die inneren Wände parallel zur Strömungsrichtung der Gase in dieser Kammer, und als Seiten die Breite L und die Tiefe 1 haben. Der aus den Kanäler 33 kommende Stickstoff strömt in den Leitungen in entgegengesetzter Richtung zur Strömungsrichtung der Gase in der Kammer 2 und, wenn die Strömungsrichtung des Stickstoffes in den aufeinanderfolgenden Körpern 33 gewechselt wird, wird ein symmetrischer Zutritt des Stickstoffs in die Leitungen 35 der Hauptwände der Kammer 2 erreicht, was eine gleichmäßige Kühlung aller Wände gestattet. Selbstverständlich können die zwei anderen Wände der Kammer 2 parallel zur Strömungsrichtung der Gase in dieser Kammer ebenso gekühlt werden, in dem man in diesen Wänden Kühlleitungen analog der Leitungen 35 vorsieht.

Die Kühlung der rohrförmigen Körper 21 und der Wände der Kammer durch den Hauptgasstrom gestattet es, die Temperatur dieses letzteren zu erhöhen. Mann könnte jedoch ebenso ein anderes Kühlmittel verwenden und man könnte für die röhrenförmigen Körper 21 und die Wände der Kammer 2 auch unabhängige Kühlleitungen vorsehen.

In großen Umrissen gesehen arbeitet der oben beschriebene Laser wie folgt. Wenn die Pumpen 5,9'11,19 in Gang gesetzt sind, produziert die Quelle 7 heiße Gase, die , nachdem sie den Austauscher 6 durchlaufen haben, in eine Abzugsleitung 36 abgeführt werden. Der in den Speicher 4 gepumpte Stickstoff durchfließt unter Druck und in großer Menge den Kühlkreislauf der röhrenförmigen Körper 21 und der Wände der Kammer 2, danach den Austauscher 6 und wird in die Kammer 2 eingeführt. Die in die Kammer 2 eindringenden Reaktionsstoffe reagieren und erhitzen den Stickstoff, der bei seinem Durchtritt in die Düsen 22, wo er sich mit dem Sekundärgasstrom vermischt, durch rasche Ausdehnung gewendet wird. Die Moleküle des Kohlendioxids werden mittels Schwingungen (Vibration) durch resonanzgebenden Energieaustausch mit den angeregten Stickstoffmolekülen angeregt und das so gebildete aktive gasartige Lasermedium durchströmt zuerst unter schwachem statischen Druck und

609829/0573

mit großer Geschwindigkeit den Hohlraum 3, der die Laser-Emission erzeugt, und entweicht dann nach Wiederverdichtung im Zerstäuber in die freie Luft.

Der Stickstoff wird im Austauscher 6 auf eine vorzugsweise höchstmögliche Temperatur erhitzt, unter Berücksichtigung des für diesen Austauscher verwendeten feuerfesten Materials. Diese Erhitzungstemperatur kann bei 700 bis 1 200°K liegen und als feuerfestes Material kann ein unter der französischen Norm K C 20 W N bekanntes Legierungsblech verwendet werden. Die Verdichtung des aus dem Austauscher 6 kommenden Stickstoffs im Kompressor 13 gestattet es, die Temperatur des Stickstoffs um etwa 200 bis 300⁰K zu erhöhen. Der Stickstoff kann dann in der Reaktionskammer auf eine Temperatur über 2 000⁰K und bis zu 2 500 bis 3 000⁰K erwärmt werden.

Da der Stickstoffgehalt in die Reaktionskammer mit relativ hoher Temperatur eindringt, ist der Anfall an Reaktionsprodukten der Reaktionsstoffe in der Kammer 2 begrenzt, insbesondere der Anfall an Kohlenmonoxid (CO), das eine schädliche Wirkung haben kann, wenn es in größeren Mengen anwesend ist. So ist es vorzuziehen, den Stickstoff mit einer Temperatur über 500 K in die Kammer 2 einzuführen.

Wie bereits erwähnt, kann das einfache Durchströmen des Hauptgasstromes durch den Kühlkreislauf der Wände der Kammer 2 und der Einspritzkörper 21 und durch den Kompressor 13 eine Erhöhung der Temperatur dieses Hauptstromes auf 500 K ermöglichen. Jedoch die Verwendung des Austauschers 6 ist vorzuziehen, um eine höchstmögliche Anwärmtemperatur zu erreichen.

Wie zuvor angegeben, ist der statische Druck der den resonanzgebenden Hohraum durchströmenden Gase niedriger als der atmosphärische Druck (in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 bar) und die Wiederverdichtung dieser Gase wird durch einen Zerstäuber gewährleistet. Wenn dieser statische Druck relativ niedrig ist, kann es bei In-

60982 9/05 7 3 ... H/

betriebnahme wünschenswert sein, den Zerstäuber in Gang zu bringen, indem man dort einen Unterdruck erzeugt. Dies kann erreicht werden, indem man den Zerstäuber in die Auslaßleitung 36 der heißen Gase münden läßt, um ein Mitführen der Atmosphäre des Zerstäubers durch die heißen Gase zu ermöglichen. Zu diesem Zweck wird die Geschwindigkeit der Verbrennungsgase in der Auslaßleitung 36 auf einen Ultraschallwert erhöht und zwar durch die Anwesenheit einer Schalldrosselung oder eines Schallkragens in der Leitung 36 stromaufwärts der Verbindungsstelle dieser Leitung mit dem Zerstäuber. Um zu vermeiden, daß der bei Ingangsetzung so hervorgerufene Unterdruck sich nicht zu sehr stromaufwärts im Stickstoffkreislauf fortpflanzt, wird ein Absperrschieber in diesem Kreislauf vorgesehen, zum Beispiel unmittelbar oberhalb vom Kühlkreislauf der Körper 21 und der Wände der Kammer 2.

Das gesamte die Speicher 4,8,10,18 und 24 und die Pumpen 5,9,11 und 19 umfassende Lagerungs- und Beschickungssystem enthält außerdem nicht dargestellte Mengensteuerungs- und Regelvorrichtungen und Druckhaltevorrichtungen für die Lagerung insbesondere von Stickstoff, Kerosin und Stickstoffperoxid in der flüssigen Phase.

Außerdem sind Antriebsmittel für die Pumpen 5,9,11 und 19 und den Kompressor 13 vorgesehen, wobei diese Antriebsmittel entweder ein von einer Hilfsenergiequelle beschickter Motor, eine von einem Hilfsgasgenerator beschickte Turbine sein kann, oder vorzugsweise eine Turbine wie die Turbine 37^ die mit aus der Abzugsleitung entnommenen Verbrennungsgasen gespeist wird.

Im oben beschriebenen Laser wird die Anregung der Moleküle des Hauptgasstromes in der Kammer 2 durch Erwärmung auf chemischem Wege durchgeführt. Jedoch kann, wie bereits erwähnt, diese Anregung auch auf elektrischem Wege erfolgen. Im letzteren Fall gestattet der Laser keine Zuführungsmittel in Form von Reaktionsstoffen der Kammer 2 und es werden in dieser Kammer wenigstens zwei Elektroden angebracht, die mit einer elektrischen Energiequelle verbunden sind

609829/0573

und eine elektrische Entladung in den in diese Kammer eindringenden Hauptgasstrom verursachen können. Die erforderliche elektrische Energie wird dann vorzugsweise von einer mit der Turbine 37 verbundenen Maschine, z.B. einem Wechselstromerzeuger, geliefert. Ebenso kann in Erwägung gezogen werden, den Hauptgasstrom gleichzeitig auf chemischem und elektrischem Wege anzuregen, wobei die Kammer 2 mit Zuführungsmitteln aus Reaktionsstoffen und Elektroden versehen ist.

Selbstverständlich sind weitere Abänderungen oder Ergänzungen der oben beschriebenen Vorrichtung möglich, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

609829/05 73

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Erhitzen eines Hauptgasstromes in einem dyna-

-- ' mischen Gaslaser, bei welchem der Hauptgasstrom in einen Raum eingeführt wird, dieser Hauptgasstrom in diesem Raum erhitzt wird und in den erhitzten Hauptgasstrom ein Sekundärgasstrom eingespritzt wird, der geeignet ist, eine Laseremission zu verursachen, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptgasstrom vor seiner Einführung in den Raum auf eine Temperatur vorzugsweise über 500 K vorerhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung des vorerhitzten Hauptgasstroms zumindest teilweise durch Einführung wenigstens eines Stoffes herbeigeführt wird, der geeignet ist, dort exotherm zu reagieren.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung des vorerhitzten Hauptgasstroms zumindest teilweise durch elektrische Entladung in den Raum herbeigeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Hauptgasstrom durch Wärmeaustausch mit einem heißen Fluid vorerhitzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptgasstrom vor seinwr Einführung in den Raum verdichtet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Raumes durch den Hauptgasstrom gekühlt werden, bevor dieser vorerhitzt wird.

609829/0573

7. Dynamischer Gaslaser, bestehend aus einem Raum, Mitteln zum Zuführen eines Hauptgasstromes in den Raum, Mitteln zum Erhitzen dieses Hauptgasstroms in dem Raum, Mitteln zum Einspritzen eines Sekundärgasstromes in den Raum, und einem resonanzgebenden optischen Hohlraum, in welchem dieser Sekundärgasstrom eine Laserausstrahlung verursachen kann, wobei dieser Laser dadurch gekennzeichnet ist, daß er außerdem Mittel zum Vorerhitzen des Hauptgasstromes enthält, die stromaufwärts (oberhalb) vom Raum angebracht sind und den Hauptgasstrom vor seiner Zuführung in den Raum auf eine Temperatur vorzugsweise über 500°K erhitzen können.

8. Gaslaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er eine im Raum angebrachte Reaktionskammer enthält und Mittel zum Beschicken dieser Reaktionskammer mit zumindest einem chemischen Stoff, der dort exotherm reagieren kann.

9. Gaslaser nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß er eine elektrische Energiequelle enthält, sowie Elektroden, die mit dieser Quelle verbunden und in einer in dem Raum vorgesehenen Kammer angebracht sind.

10. Gaslaser nach einem der Ansprüche 7,8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Vorerhitzen eine Quelle für heißes Fluid umfassen sowie einen Wärmetauscher, der einerseits mit dieser Quelle für ein heißes Fluid, andererseits mit den Mitteln für die Zuführung des Hauptgasstromes in die Reaktionskammer verbunden ist.

11. Gaslaser nach einem der Ansprüche 7,8,9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Kompressor enthält, der auf der Strecke des Hauptgasstromes oberhalb der Mittel für die Zuführung des Hauptgasstromes in die Reaktionskammer angebracht ist.

. . . 15/ 609829/0573

12. Gaslaser nach einem der Ansprüche 7,8,9,10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Reaktionskammern Kühlleitungen enthalten, die mit den Vorheizmitteln verbunden sind und in denen der Hauptgasstrom vor seinem Vorerhitzen zirkulieren kann.

13. Gaslaser nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Einspritzen des Sekundärgasstromes eine Vielzahl von röhrenförmigen Körpern umfassen, in denen Kühlkanäle vorgesehen sind, die mit den Vorheizmitteln verbunden sind und in denen der Hauptgasstrom vor seinem Vorerhitzen zirkulieren kann.

14. Gaslaser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle des heißen Fluids eine Verbrennungskammer enthält, sowie Mittel zum Einspritzen von wenigstens einem Stoff in diese Verbrennungskammer, der dort unter Bildung von heißen Verbrennungsgasen reagieren kann.

15. Gaslaser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese Quelle für ein heißes Fluid ein Turbinenstrahltriebwerk ist.

16. Gaslaser nach einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß er eine stromabwärts vom Austauscher angeordnete Abzugsleitung für die durch die Quelle des heißen Fluids gebildeten heißen Gase enthält, in welche ein Zerstäuber einmündet, durch welchen die von dem resonanzgebenden Hohlraum stammenden Gasströme ausströmen können.

17. Gaslaser nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Turbine enthält, die durch das von der Quelle des heißen Fluids gebildete und vom Austauscher stammende Fluid gespeist wird, und die Energie an eine Beschickungsanlage aus Fluiden des Lasers liefern kann.

609829/0573

18. Gaslaser nach Anpruch 9 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energiequelle eine mit der Turbine verbundene Maschine ist.

609829/0573