JP4331014B2 - Chemical oxygen iodine laser device - Google Patents

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Description

本発明は、化学酸素沃素レーザ装置に関する。   The present invention relates to a chemical oxygen iodine laser device.

従来の化学酸素沃素レーザ装置の構成を図5に示す。同図において101はレーザダクト、102はレーザ共振器、111は超音速ノズル、104は沃素を供給するインジェクタである。   The structure of a conventional chemical oxygen iodine laser device is shown in FIG. In the figure, 101 is a laser duct, 102 is a laser resonator, 111 is a supersonic nozzle, and 104 is an injector for supplying iodine.

レーザダクト101の上流側には、一重項励起酸素を何らかの手段で発生する励起酸素発生装置(図示せず)が設置され、この励起酸素発生装置で発生させた励起酸素と、窒素ガスのような他のガスとを混合した後に、この混合ガスの流れ(第1の流れ105)は超音速ノズル111の上流に導かれる。   An excited oxygen generator (not shown) that generates singlet excited oxygen by some means is installed on the upstream side of the laser duct 101, and the excited oxygen generated by this excited oxygen generator and nitrogen gas or the like are used. After mixing with the other gas, this mixed gas flow (first flow 105) is guided upstream of the supersonic nozzle 111.

一方、インジェクタ104から、気体状態の沃素分子と、窒素ガスのような他のガスとを混合した混合ガスの流れ(第2の流れ106)がレーザダクト101に噴出され、超音速ノズル111の上流において第1の流れと混合される。   On the other hand, a mixed gas flow (second flow 106) obtained by mixing gaseous iodine molecules with another gas such as nitrogen gas is ejected from the injector 104 into the laser duct 101, upstream of the supersonic nozzle 111. In the first stream.

超音速ノズル111は、第1の流れ105と第2の流れ106との混合ガス流を超音速膨張させ、レーザ共振器102においてレーザ発振に適した温度、圧力を実現し、励起酸素分子との反応により生成した励起沃素原子の持つエネルギーをレーザ光として取り出す。レーザ発振に関わる化学反応は以下の反応式で表される。   The supersonic nozzle 111 supersonically expands the mixed gas flow of the first flow 105 and the second flow 106, realizes a temperature and pressure suitable for laser oscillation in the laser resonator 102, and The energy of excited iodine atoms generated by the reaction is extracted as laser light. A chemical reaction related to laser oscillation is represented by the following reaction formula.

Figure 0004331014
Figure 0004331014

上記の式で表される化学反応のうち、式(4)の反応は、混合流に含まれる水分子が励起沃素原子を失活させることによりエネルギーを失う反応であるので、この反応をできるだけ抑制することが望ましい。超音速流れを生成するためには、超音速ノズル111の上流においてレーザ共振器102の内部における静圧と比較して数倍の圧力を得る必要があるが、この装置では第1の流れ105と第2の流れ106とを超音速ノズル111の上流で混合しているとともに、式(4)の反応速度は第1の流れ105と第2の流れ106との混合点における圧力に比例するため、圧力によりこの反応が促進されエネルギー損失が大きくなる。この失活反応による発振効率への影響は大きく、この従来の構成によるレーザ装置で得られる発振効率は、例えば23.4%である。   Among the chemical reactions represented by the above formula, the reaction of the formula (4) is a reaction that loses energy by deactivating excited iodine atoms by water molecules contained in the mixed stream, and therefore suppresses this reaction as much as possible. It is desirable to do. In order to generate a supersonic flow, it is necessary to obtain a pressure several times as high as the static pressure inside the laser resonator 102 upstream of the supersonic nozzle 111. Since the second stream 106 is mixed upstream of the supersonic nozzle 111 and the reaction rate of the equation (4) is proportional to the pressure at the mixing point of the first stream 105 and the second stream 106, This reaction is promoted by pressure, and energy loss increases. The deactivation reaction has a great influence on the oscillation efficiency, and the oscillation efficiency obtained with the laser device having this conventional configuration is, for example, 23.4%.

式(4)の反応による影響をできるだけ少なくし、図5に示した方法よりも高い発振効率を得るためには、第1の流れと第2の流れとの混合点における圧力をできるだけ低くする必要がある。使用するガスの量を変更せずにこれを実現する方法として、超音速膨張に
より圧力が低下した領域でこれらの流れを混合する、いわゆる超音速混合が知られている。
In order to minimize the influence of the reaction of the equation (4) and obtain higher oscillation efficiency than the method shown in FIG. 5, it is necessary to reduce the pressure at the mixing point of the first flow and the second flow as much as possible. There is. As a method for realizing this without changing the amount of gas used, so-called supersonic mixing is known in which these flows are mixed in a region where the pressure is reduced by supersonic expansion.

しかしながら、これらの流れが超音速であると、安定化効果(非特許文献1を参照)により主流方向に直角な方向を軸とする渦の生成が抑制され、亜音速領域で混合する図5の方法と比較して2種類以上の気体を迅速に混合することが難しい。このため、レーザダクトの内部にガス流の混合を促進する機構を有さない装置に超音速混合を適用しても、ガス流がレーザ共振器に達するまでに、第1の流れと第2の流れとが高い発振効率を得るためのレーザ媒質として充分な程度に混合された状態を得ることはできない。   However, if these flows are supersonic, the stabilization effect (see Non-Patent Document 1) suppresses the generation of vortices with the direction perpendicular to the mainstream direction as the axis, and mixing in the subsonic region is shown in FIG. Compared with the method, it is difficult to quickly mix two or more kinds of gases. For this reason, even if supersonic mixing is applied to an apparatus that does not have a mechanism for promoting gas flow mixing inside the laser duct, the first flow and the second flow until the gas flow reaches the laser resonator. It is impossible to obtain a state in which the flow is sufficiently mixed as a laser medium for obtaining high oscillation efficiency.

上述した従来技術における問題点を改善した装置として、非特許文献2には縦渦混合型の化学酸素沃素レーザ装置が開示されている。図6は、この装置の構成を示した図である。この化学酸素沃素レーザ装置は、レーザダクト101内に混合ノズル103が設けられ、ダクト上流側から供給された励起酸素を含む第1の流れ105は、この混合ノズル103によって超音速膨張するとともに、主流方向を軸とする縦渦を生成する。図7は、この混合ノズルを図6のD1方向から見た部分矢視図、図8は、D2方向からダクト上壁を越して見た部分矢視図である。図9は、この混合ノズルの部分斜視図である。 Non-Patent Document 2 discloses a longitudinal vortex mixing type chemical oxygen-iodine laser device as an apparatus that has improved the above-described problems in the prior art. FIG. 6 is a diagram showing the configuration of this apparatus. In this chemical oxygen iodine laser apparatus, a mixing nozzle 103 is provided in a laser duct 101, and a first flow 105 containing excited oxygen supplied from the upstream side of the duct is supersonically expanded by the mixing nozzle 103 and is also mainstream. Generates a vertical vortex centered on the direction. FIG. 7 is a partial arrow view of the mixing nozzle as viewed from the direction D 1 in FIG. 6, and FIG. 8 is a partial arrow view of the mixing nozzle as viewed from the direction D 2 through the duct upper wall. FIG. 9 is a partial perspective view of the mixing nozzle.

この混合ノズル103は、複数のチョーク部材108からなり、チョーク部材108は、図9に示したように、長尺の底面108aと、この底面108aの両端部から鋭角方向に傾斜する長尺の傾斜面108bおよび短尺の傾斜面108cとを有し、その側面108dがこれらの3面における辺で構成される略三角形状となっている。   The mixing nozzle 103 includes a plurality of choke members 108. As shown in FIG. 9, the choke member 108 has a long bottom surface 108a and a long slant inclined from both ends of the bottom surface 108a in an acute angle direction. It has a surface 108b and a short inclined surface 108c, and its side surface 108d has a substantially triangular shape composed of sides of these three surfaces.

これらのチョーク部材108は、短尺の傾斜面108cをダクト上流側とし、底面108aを下側とするとともに、ダクト下流側に向かって下方に傾斜するように配置されたチョーク部材108Aと、短尺の傾斜面108cをダクト上流側とし、底面108aを上側とするとともに、ダクト下流側に向かって上方に傾斜するように配置されたチョーク部材108Bとが、側面視においてX字状となるように(図6および図9を参照)交互に接続されている。   These choke members 108 include a choke member 108A arranged so that the short inclined surface 108c is on the upstream side of the duct and the bottom surface 108a is on the lower side, and is inclined downward toward the downstream side of the duct. The choke member 108B, which is disposed so that the surface 108c is on the upstream side of the duct and the bottom surface 108a is on the upper side and is inclined upward toward the downstream side of the duct, has an X shape in a side view (FIG. 6). And see FIG. 9).

ダクト上流側から導入された第1の流れ105は、混合ノズル103の各チョーク部材108によって、第1の流れ105の主流方向(ダクトの長手方向)に対して垂直な方向に超音速膨張する。この膨張方向は、混合ノズル103を通過する部分ごとに、すなわち隣接するチョーク部材108A間の間隙と、隣接するチョーク部材B間の間隙に対応して逆向きになる。この隣り合う逆向きの膨張が、第1の流れ105の主流方向を軸とする超音速の縦渦を生成する。   The first flow 105 introduced from the upstream side of the duct is supersonically expanded in a direction perpendicular to the main flow direction (longitudinal direction of the duct) of the first flow 105 by each choke member 108 of the mixing nozzle 103. The direction of expansion is opposite for each portion passing through the mixing nozzle 103, that is, corresponding to the gap between adjacent choke members 108A and the gap between adjacent choke members B. This adjacent reverse expansion creates a supersonic longitudinal vortex about the main flow direction of the first flow 105.

図7および図8に示したように、混合ノズル103のダクト下流側における先端部103aの近傍位置には、レーザダクト101の上壁面101a側および下壁面101b側に、縦渦が生成された第1の流れ105に対して沃素分子を含む第2の流れ106を供給するインジェクタ104が、その噴出口104aが均一な間隔で配置されるように設けられている。また、混合ノズルの先端部103aは、沃素噴出を妨害しないようにダクト壁面から1mmを超える距離を置いて配置されている。   As shown in FIGS. 7 and 8, in the vicinity of the tip 103 a on the downstream side of the duct of the mixing nozzle 103, a vertical vortex is generated on the upper wall surface 101 a side and the lower wall surface 101 b side of the laser duct 101. An injector 104 that supplies a second flow 106 containing iodine molecules to one flow 105 is provided so that the jet ports 104a are arranged at a uniform interval. Further, the tip 103a of the mixing nozzle is disposed at a distance exceeding 1 mm from the duct wall surface so as not to disturb the iodine ejection.

混合ノズル103を通過することにより生成された第1の流れ105の縦渦は、レーザダクト101の上壁から下壁まで広がるため、レーザダクト101の上下の壁面に設けられたインジェクタ104の噴出口104aから噴出された第2の流れ106はこの縦渦に連行されて混合が促進される。このように、縦渦により混合が促進されるため、超音速流れの状態においても上述した従来技術と比較してレーザ共振器102に達するまでに充分な混合状態を得ることができる。そして、超音速膨張する前に混合する図5に示した方法
よりも低い圧力で第1の流れと第2の流れとを混合することができ、前記した式(4)の反応を抑制し、より多くのエネルギーを利用することができる。
S. Sarkar, "The stabilizing effect of compressibility in turbulent shear flow", J. Fluid Mech. 282, pp.163-186, 1995 Masamori, Endo, Takayuki Hirata, Tatsuo Osaka, Kenzo Nanri, Shuzaburo Takeda, and Tomoo Fujioka, "Supersonic Mixing of Chemical Oxygen-Iodine Laser with an AW strut", AIAA 33rd Plasmadynamics and Lasers Conference, AIAA-2002-2130
Since the vertical vortex of the first flow 105 generated by passing through the mixing nozzle 103 spreads from the upper wall to the lower wall of the laser duct 101, the jet outlet of the injector 104 provided on the upper and lower wall surfaces of the laser duct 101 The second flow 106 ejected from 104a is entrained in this vertical vortex to promote mixing. Thus, since mixing is promoted by the longitudinal vortex, it is possible to obtain a sufficient mixing state before reaching the laser resonator 102 even in a supersonic flow state as compared with the above-described conventional technology. And it is possible to mix the first flow and the second flow at a lower pressure than the method shown in FIG. 5 to mix before supersonic expansion, suppress the reaction of the above-described formula (4), More energy can be used.
S. Sarkar, "The stabilizing effect of compressibility in turbulent shear flow", J. Fluid Mech. 282, pp.163-186, 1995 Masamori, Endo, Takayuki Hirata, Tatsuo Osaka, Kenzo Nanri, Shuzaburo Takeda, and Tomoo Fujioka, "Supersonic Mixing of Chemical Oxygen-Iodine Laser with an AW strut", AIAA 33rd Plasmadynamics and Lasers Conference, AIAA-2002-2130

このように、この縦渦混合型の化学酸素沃素レーザ装置では、前記した式(4)の反応を抑制するとともに、超音速流れにおける混合が促進され、前述した従来技術における問題点を解決している。しかし、発振効率の点では22.3%と、その利点を充分には活かしきれていない。   As described above, in this vertical vortex mixing type chemical oxygen iodine laser apparatus, the reaction of the above formula (4) is suppressed and the mixing in the supersonic flow is promoted, thereby solving the above-mentioned problems in the prior art. Yes. However, in terms of oscillation efficiency, 22.3% is not fully utilized.

本発明は、上記した従来技術における問題点を解決するためになされたものであり、発振効率の高い化学酸素沃素レーザ装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art, and an object thereof is to provide a chemical oxygen iodine laser device having high oscillation efficiency.

本発明者は、この縦渦混合型の化学酸素沃素レーザ装置の利点を活かして発振効率を改善するべく、レーザ共振器における励起酸素を含む第1の流れと沃素を含む第2の流れとの混合状態をさらに向上させるための検討を行った。化学酸素沃素レーザでは、その高効率化を達成するために、この第1の流れと第2の流れとをいかに迅速に混合するかという点が常に最優先に考慮されるが、迅速な混合を行うためには、沃素を噴出するインジェクタの噴出口は、均一なピッチで一様に配置することが、効率的な混合を行う上で適切であると考えられていた。そして、インジェクタからの沃素の噴出を妨害しない程度に、混合ノズルを、その先端部がダクト壁面から一定の距離だけ離間するように設置することが必要であると考えられていた。   In order to improve the oscillation efficiency by taking advantage of the longitudinal vortex mixing type chemical oxygen iodine laser device, the present inventor has performed a first flow including excited oxygen and a second flow including iodine in the laser resonator. A study was conducted to further improve the mixing state. In chemical oxygen iodine lasers, in order to achieve high efficiency, the first flow and the second flow are always considered with the highest priority in order to achieve high efficiency. In order to perform efficient mixing, it has been considered that it is appropriate to uniformly arrange the nozzle outlets for ejecting iodine at a uniform pitch. Then, it has been considered that it is necessary to install the mixing nozzle so that the tip of the mixing nozzle is separated from the wall surface of the duct by a certain distance so as not to disturb the jet of iodine from the injector.

ところが、インジェクタの噴出口を、流れ方向に向かって下方に傾斜するチョーク部材Aと、上方に傾斜するチョーク部材Bに対応して特定の位置に配置するとともに、混合ノズルの先端部をダクト壁面に近接もしくは接触させるように設置することにより、発振効率が格段に向上することを見出し本発明を完成するに至った。   However, the injection port of the injector is disposed at a specific position corresponding to the choke member A inclined downward in the flow direction and the choke member B inclined upward, and the tip of the mixing nozzle is placed on the duct wall surface. It has been found that the oscillation efficiency can be remarkably improved by installing the antennas close to or in contact with each other, and the present invention has been completed.

本発明の化学酸素沃素レーザ装置は、レーザダクトと、
このレーザダクト内に設けられ、ダクト上流側から供給された励起酸素分子を含む第1の流れを超音速にするとともにその主流方向を軸とする縦渦を生成する混合ノズルと、
この混合ノズルのダクト下流側における先端部の近傍位置で、レーザダクトの上壁面側および下壁面側に設けられ、縦渦が生成された第1の流れに対して沃素分子を含む第2の流れを供給するインジェクタと、
レーザダクトの下流側に設けられ、第1の流れと第2の流れとの混合流が供給されるレーザ共振器とを備え、
前記混合ノズルは複数のチョーク部材からなり、該チョーク部材は、長尺の底面と、この底面の両端部から鋭角方向に傾斜する長尺の傾斜面および短尺の傾斜面とを有し、その側面がこれらの3面における辺で構成される略三角形状であり、
これらのチョーク部材は、短尺の傾斜面をダクト上流側とし、底面を下側とするとともに、ダクト下流側に向かって下方に傾斜するように配置されたチョーク部材Aと、短尺の傾斜面をダクト上流側とし、底面を上側とするとともに、ダクト下流側に向かって上方に傾斜するように配置されたチョーク部材Bとが、側面視においてX字状となるように交互
に接続され、
レーザダクトの上壁面側に設けられた前記インジェクタの噴出口が、前記チョーク部材Bに対応する所定間隔を置いて前記チョーク部材Aと対峙する位置に配置され、レーザダクトの下壁面側に設けられた前記インジェクタの噴出口が、前記チョーク部材Aに対応する所定間隔を置いて前記チョーク部材Bと対峙する位置に配置されていることを特徴としている。
The chemical oxygen iodine laser device of the present invention includes a laser duct,
A mixing nozzle that is provided in the laser duct and generates a longitudinal vortex around the main flow direction while making the first flow containing excited oxygen molecules supplied from the upstream side of the duct supersonic;
A second flow including iodine molecules with respect to the first flow provided on the upper wall surface side and the lower wall surface side of the laser duct at a position near the tip portion on the downstream side of the duct of the mixing nozzle, and generating a vertical vortex. An injector for supplying,
A laser resonator provided downstream of the laser duct and supplied with a mixed flow of the first flow and the second flow;
The mixing nozzle includes a plurality of choke members, and the choke member has a long bottom surface, and a long slant surface and a short slant surface that are inclined in an acute angle direction from both ends of the bottom surface. Is a substantially triangular shape composed of sides on these three surfaces,
These choke members have a short inclined surface on the duct upstream side, a bottom surface on the lower side, and a choke member A arranged to be inclined downward toward the duct downstream side, and a short inclined surface on the duct. The choke members B, which are upstream and have a bottom surface on the upper side and are inclined so as to incline upward toward the duct downstream side, are alternately connected to form an X shape in a side view,
A jet port of the injector provided on the upper wall surface side of the laser duct is disposed at a position facing the choke member A at a predetermined interval corresponding to the choke member B, and is provided on the lower wall surface side of the laser duct. Further, the jet port of the injector is characterized by being arranged at a position facing the choke member B at a predetermined interval corresponding to the choke member A.

本発明の化学酸素沃素レーザ装置は、前記混合ノズルのダクト下流側における先端部と、レーザダクトの上壁面および下壁面とが接触しているか、あるいはこれらの間隙の幅が1mm以内であることを特徴としている。   In the chemical oxygen iodine laser device of the present invention, the tip of the mixing nozzle on the downstream side of the duct is in contact with the upper wall surface and the lower wall surface of the laser duct, or the width of the gap is within 1 mm. It is a feature.

上記の本発明において、前記チョーク部材は、その底面からの高さがレーザダクトの上下壁面間の幅に対して30〜40%であり、チョーク部材Aおよびチョーク部材Bが、その底面のダクト長手方向に対する角度が6〜9度となるように配置されていることが好ましい。   In the present invention described above, the choke member has a height from the bottom surface of 30 to 40% of the width between the upper and lower wall surfaces of the laser duct, and the choke member A and the choke member B are arranged in the longitudinal direction of the duct on the bottom surface. It is preferable that the angle with respect to the direction is 6 to 9 degrees.

本発明の化学酸素沃素レーザ装置によれば、高い発振効率を得ることができる。   According to the chemical oxygen iodine laser apparatus of the present invention, high oscillation efficiency can be obtained.

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態における化学酸素沃素レーザ装置を説明する断面図である。なお、前述した従来技術に対応する部分は符号100を省略して示している。本実施形態の化学酸素沃素レーザ装置は、レーザダクト1内に混合ノズル3が設置され、この混合ノズル3の先端部3aの近傍位置におけるレーザダクト1の上壁面1a側および下壁面1b側には、沃素を噴出するインジェクタ4が設置されている。レーザダクト1の下流側には、レーザ共振器2が設置されている。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a chemical oxygen iodine laser device according to an embodiment of the present invention. In addition, the part corresponding to the prior art mentioned above is shown with the reference numeral 100 omitted. In the chemical oxygen iodine laser apparatus of the present embodiment, a mixing nozzle 3 is installed in the laser duct 1, and the upper wall surface 1a side and the lower wall surface 1b side of the laser duct 1 at positions near the tip 3a of the mixing nozzle 3 are arranged. An injector 4 for ejecting iodine is installed. A laser resonator 2 is installed on the downstream side of the laser duct 1.

レーザダクト1の上流側には、一重項励起酸素を何らかの手段で発生する励起酸素発生装置(図示せず)が設置され、この励起酸素発生装置で発生させた励起酸素と、窒素ガスのような他のガスとを混合した後に、この混合ガスの流れ(第1の流れ5)は混合ノズル3の上流に導かれる。   An excited oxygen generator (not shown) that generates singlet excited oxygen by some means is installed on the upstream side of the laser duct 1, and the excited oxygen generated by this excited oxygen generator and nitrogen gas or the like are used. After mixing with the other gas, this mixed gas stream (first stream 5) is guided upstream of the mixing nozzle 3.

この亜音速の第1の流れ5は、混合ノズル3によって超音速膨張するとともに、主流方向を軸とする縦渦を生成する。図2は、この混合ノズルを図1のD1方向から見た部分矢
視図、図3は、D2方向からダクト上壁を越して見た部分矢視図である。図4は、この混
合ノズルの側面図である。
The subsonic first flow 5 is supersonically expanded by the mixing nozzle 3 and generates a vertical vortex about the main flow direction. FIG. 2 is a partial arrow view of the mixing nozzle as viewed from the direction D 1 in FIG. 1, and FIG. 3 is a partial arrow view of the mixing nozzle as viewed from the direction D 2 through the duct upper wall. FIG. 4 is a side view of the mixing nozzle.

この混合ノズル3は、複数のチョーク部材8からなり、図4に示したように、チョーク部材8は長尺の底面8aと、この底面8aの両端部から鋭角方向に傾斜する長尺の傾斜面8bおよび短尺の傾斜面8cとを有し、その側面8dがこれらの3面における辺で構成される略三角形状となっている。   The mixing nozzle 3 is composed of a plurality of choke members 8. As shown in FIG. 4, the choke member 8 has a long bottom surface 8a and a long inclined surface inclined in an acute angle direction from both ends of the bottom surface 8a. 8b and a short inclined surface 8c, and its side surface 8d has a substantially triangular shape constituted by sides of these three surfaces.

これらのチョーク部材8は、短尺の傾斜面8cをダクト上流側とし、底面8aを下側とするとともに、ダクト下流側に向かって下方に傾斜するように配置されたチョーク部材8Aと、短尺の傾斜面8cをダクト上流側とし、底面8aを上側とするとともに、ダクト下流側に向かって上方に傾斜するように配置されたチョーク部材8Bとが、側面視においてX字状となるように交互に接続されている。   These choke members 8 have a short inclined surface 8c on the upstream side of the duct, a bottom surface 8a on the lower side, and a choke member 8A arranged so as to incline downward toward the downstream side of the duct, The surface 8c is the upstream side of the duct, the bottom surface 8a is the upper side, and the choke members 8B arranged so as to incline upward toward the downstream side of the duct are alternately connected so as to form an X shape in a side view. Has been.

混合ノズル3は、そのダクト下流側における先端部3aが、レーザダクト1の上壁面1
aおよび下壁面1bと接触するか、あるいはこれらの間隙の幅W(図4)が1mm以内と
なるように設置される。
The mixing nozzle 3 has a tip 3a on the downstream side of the duct, the upper wall surface 1 of the laser duct 1.
a and the lower wall surface 1b are in contact with each other, or the width W of these gaps (FIG. 4) is set within 1 mm.

また、本発明における高い発振効率を得るためには、チョーク部材3は、その底面からの高さh1(図4)をレーザダクト1の上下壁面間の幅h2に対して30〜40%とし、チョーク部材8Aおよびチョーク部材8Bの、底面8aのダクト長手方向に対する角度θが6〜9度となるように配置することが特に好ましい。 In order to obtain high oscillation efficiency in the present invention, the choke member 3 has a height h 1 (FIG. 4) from the bottom surface of 30 to 40% with respect to the width h 2 between the upper and lower wall surfaces of the laser duct 1. It is particularly preferable to arrange the choke member 8A and the choke member 8B so that the angle θ with respect to the duct longitudinal direction of the bottom surface 8a is 6 to 9 degrees.

ダクト上流側から導入された第1の流れ5は、混合ノズル3の各チョーク部材8によって、第1の流れ5の主流方向に対して垂直な方向に超音速膨張する。この膨張方向は、混合ノズル3を通過する部分ごとに、すなわち隣接するチョーク部材8A間の間隙と、隣接するチョーク部材8B間の間隙に対応して逆向きになる。この隣り合う逆向きの膨張が、第1の流れ5の主流方向を軸とする超音速の縦渦を生成する。   The first flow 5 introduced from the upstream side of the duct is supersonically expanded in a direction perpendicular to the main flow direction of the first flow 5 by each choke member 8 of the mixing nozzle 3. This expansion direction is opposite for each portion passing through the mixing nozzle 3, that is, in correspondence with the gap between the adjacent choke members 8A and the gap between the adjacent choke members 8B. This adjacent expansion in the opposite direction generates a supersonic longitudinal vortex about the main flow direction of the first flow 5.

混合ノズル3の先端部3a近傍に設置されたインジェクタ4は、噴出口4aから気体状態の沃素分子と、窒素ガスのような他のガスとを混合した混合ガスの流れ(第2の流れ6)をレーザダクト1内に噴出し、第2の流れは超音速膨張した第1の流れ5と混合される。図2および図3に示したように、レーザダクト1の上壁面1a側に設けられたインジェクタ4の噴出口4aは、チョーク部材8Aと対峙する位置にのみ配置され、下壁面1b側に設けられたインジェクタ4の噴出口4aは、チョーク部材8Bと対峙する位置にのみ配置されている。   The injector 4 installed in the vicinity of the tip 3a of the mixing nozzle 3 is a mixed gas flow (second flow 6) obtained by mixing iodine molecules in a gaseous state with another gas such as nitrogen gas from the jet nozzle 4a. Into the laser duct 1 and the second stream is mixed with the supersonically expanded first stream 5. As shown in FIGS. 2 and 3, the ejection port 4a of the injector 4 provided on the upper wall surface 1a side of the laser duct 1 is disposed only at a position facing the choke member 8A, and is provided on the lower wall surface 1b side. Further, the jet nozzle 4a of the injector 4 is disposed only at a position facing the choke member 8B.

ダクト上壁面1a側のインジェクタ4は、沃素を含む第2の流れ6を噴出口4aからチョーク部材8Bの間を通過してチョーク部材8Aの先端部へ向かう方向に噴出される。一方、ダクト下壁面1b側のインジェクタ4は、沃素を含む第2の流れ6を噴出口4aからチョーク部材8Aの間を通過してチョーク部材8Bの先端部へ向かう方向に噴出される。   The injector 4 on the duct upper wall surface 1a side is ejected through the second flow 6 containing iodine from the ejection port 4a through the choke member 8B toward the tip of the choke member 8A. On the other hand, the injector 4 on the duct lower wall surface 1b side ejects the second flow 6 containing iodine from the ejection port 4a through the choke member 8A toward the tip of the choke member 8B.

インジェクタ4から噴出された第2の流れ6は、第1の流れ5の縦渦に連行されて混合が促進され、第1の流れと第2の流れはダクト下流側に設置されたレーザ共振器2に達するまでにレーザ媒質として充分な程度に混合され、レーザ共振器2で光を放出してレーザ発振が行われる。   The second flow 6 ejected from the injector 4 is entrained in the longitudinal vortex of the first flow 5 to promote mixing, and the first flow and the second flow are laser resonators installed downstream of the duct. 2 is mixed to a level sufficient as a laser medium, and laser oscillation is performed by emitting light by the laser resonator 2.

本実施形態の化学酸素沃素レーザ装置は、従来と比較して発振効率が非常に高い。例えば、上下壁面間の幅が15mmのレーザダクトに、底面からの高さが5.0mm、底面の長手方向の長さが68mmである銅製のチョーク部材を使用し、8本のチョーク部材Aと7本のチョーク部材Bとが交互に接続された混合ノズルを設置して製作したレーザ装置では、発振効率33%が達成され、従来に比べて30%以上と著しく高い発振効率が得られた。   The chemical oxygen iodine laser device of this embodiment has a very high oscillation efficiency compared to the conventional one. For example, a copper duct member having a height of 5.0 mm from the bottom surface and a length of 68 mm in the longitudinal direction of the bottom surface is used for a laser duct having a width of 15 mm between the upper and lower wall surfaces, and eight choke members A and In a laser device manufactured by installing a mixing nozzle in which seven choke members B are alternately connected, an oscillation efficiency of 33% was achieved, and an oscillation efficiency significantly higher than 30% was obtained compared to the conventional one.

本実施形態では、ダクト上壁面側におけるインジェクタの噴出口4aを、チョーク部材8Bに対応する所定間隔を置いてチョーク部材8Aと対峙する位置に配置し、ダクト下壁面側におけるインジェクタの噴出口4aを、チョーク部材8Aに対応する所定間隔を置いてチョーク部材8Bと対峙する位置に配置しているために、沃素を含む第2の流れは第1の流れにおける縦渦の回転方向にのみ噴射される。したがって、第2の流れはこの縦渦に抗することなく、縦渦を強めるように効率的に第1の流れに引き込まれ、これによって第2の流れが第1の流れに強く連行されるために混合が迅速に進むと考えられる。同時に、混合ノズルを上述したように設置しているため、第1の流れと第2の流れとの混合流の流速(マッハ数)が、レーザ共振器において充分な混合状態となるように制御され、これにより上記のような高い発振効率が得られると考えられる。   In the present embodiment, the injector outlet 4a on the duct upper wall surface is disposed at a position facing the choke member 8A at a predetermined interval corresponding to the choke member 8B, and the injector outlet 4a on the duct lower wall surface is provided. Since the choke member 8A is arranged at a position facing the choke member 8B at a predetermined interval, the second flow containing iodine is injected only in the direction of rotation of the longitudinal vortex in the first flow. . Therefore, the second flow is efficiently drawn into the first flow so as to strengthen the vertical vortex without resisting the vertical vortex, and thereby the second flow is strongly entrained in the first flow. It is thought that mixing proceeds rapidly. At the same time, since the mixing nozzle is installed as described above, the flow velocity (Mach number) of the mixed flow of the first flow and the second flow is controlled so as to be in a sufficiently mixed state in the laser resonator. Thus, it is considered that high oscillation efficiency as described above can be obtained.

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲において定義したような本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づいて種々の変化、修正および変更が可能である。   The present invention has been described above based on the embodiment. However, the present invention is not limited to this embodiment, and those skilled in the art will be within the scope of the present invention as defined in the claims. Various changes, modifications and changes are possible based on the knowledge of

図1は、本発明の一実施形態における化学酸素沃素レーザ装置を説明する断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a chemical oxygen iodine laser device according to an embodiment of the present invention. 図2は、混合ノズルを図1のD1方向から見た部分矢視図である。FIG. 2 is a partial arrow view of the mixing nozzle as viewed from the direction D 1 in FIG. 図3は、混合ノズルをD2方向からダクト上壁を越して見た部分矢視図である。3, the mixing nozzle is a partial arrow view taken past the duct on the wall from the D 2 direction. 図4は、図1の混合ノズルの側面図である。FIG. 4 is a side view of the mixing nozzle of FIG. 図5は、従来の化学酸素沃素レーザ装置の構成を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a conventional chemical oxygen iodine laser apparatus. 図6は、従来の縦渦混合型の化学酸素沃素レーザ装置を説明する断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a conventional vertical vortex mixing type chemical oxygen iodine laser apparatus. 図7は、混合ノズルを図6のD1方向から見た部分矢視図である。7, the mixing nozzle is a partial arrow view as viewed from the D 1 direction in FIG. 図8は、混合ノズルを図6のD2方向からダクト上壁を越して見た部分矢視図である。FIG. 8 is a partial arrow view of the mixing nozzle as viewed from the direction D 2 in FIG. 6 across the duct upper wall. 図9は、図6の混合ノズルの部分斜視図である。FIG. 9 is a partial perspective view of the mixing nozzle of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザダクト
1a ダクト上壁
1b ダクト下壁
2 レーザ共振器
3 混合ノズル
3a ノズル先端部
4 インジェクタ
4a 噴出口
5 第1の流れ
6 第2の流れ
8 チョーク部材
8A チョーク部材
8B チョーク部材
8a 底面
8b 傾斜面
8c 傾斜面
8d 側面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser duct 1a Duct upper wall 1b Duct lower wall 2 Laser resonator 3 Mixing nozzle 3a Nozzle tip part 4 Injector 4a Outlet 5 1st flow 6 2nd flow 8 Choke member 8A Choke member 8B Choke member 8a Bottom surface 8b Inclination Surface 8c Inclined surface 8d Side surface

Claims (3)

レーザダクトと、
このレーザダクト内に設けられ、ダクト上流側から供給された励起酸素分子を含む第1の流れを超音速にするとともにその主流方向を軸とする縦渦を生成する混合ノズルと、
この混合ノズルのダクト下流側における先端部の近傍位置で、レーザダクトの上壁面側および下壁面側に設けられ、縦渦が生成された第1の流れに対して沃素分子を含む第2の流れを供給するインジェクタと、
レーザダクトの下流側に設けられ、第1の流れと第2の流れとの混合流が供給されるレーザ共振器とを備え、
前記混合ノズルは複数のチョーク部材からなり、該チョーク部材は、長尺の底面と、この底面の両端部から鋭角方向に傾斜する長尺の傾斜面および短尺の傾斜面とを有し、その側面がこれらの3面における辺で構成される略三角形状であり、
これらのチョーク部材は、短尺の傾斜面をダクト上流側とし、底面を下側とするとともに、ダクト下流側に向かって下方に傾斜するように配置されたチョーク部材Aと、短尺の傾斜面をダクト上流側とし、底面を上側とするとともに、ダクト下流側に向かって上方に傾斜するように配置されたチョーク部材Bとが、側面視においてX字状となるように交互に接続され、
レーザダクトの上壁面側に設けられた前記インジェクタの噴出口が、前記チョーク部材Bに対応する所定間隔を置いて前記チョーク部材Aと対峙する位置に配置され、レーザダクトの下壁面側に設けられた前記インジェクタの噴出口が、前記チョーク部材Aに対応する所定間隔を置いて前記チョーク部材Bと対峙する位置に配置されていることを特徴とする化学酸素沃素レーザ装置。
A laser duct;
A mixing nozzle that is provided in the laser duct and generates a longitudinal vortex around the main flow direction while making the first flow containing excited oxygen molecules supplied from the upstream side of the duct supersonic;
A second flow including iodine molecules with respect to the first flow provided on the upper wall surface side and the lower wall surface side of the laser duct at a position near the tip portion on the downstream side of the duct of the mixing nozzle, and generating a vertical vortex. An injector for supplying,
A laser resonator provided downstream of the laser duct and supplied with a mixed flow of the first flow and the second flow;
The mixing nozzle includes a plurality of choke members, and the choke member has a long bottom surface, and a long slant surface and a short slant surface that are inclined in an acute angle direction from both ends of the bottom surface. Is a substantially triangular shape composed of sides on these three surfaces,
These choke members have a short inclined surface on the duct upstream side, a bottom surface on the lower side, and a choke member A arranged so as to be inclined downward toward the duct downstream side, and a short inclined surface on the duct. The choke members B, which are arranged on the upstream side, with the bottom surface on the upper side and inclined upward toward the downstream side of the duct, are alternately connected to form an X shape in a side view,
A jet port of the injector provided on the upper wall surface side of the laser duct is disposed at a position facing the choke member A at a predetermined interval corresponding to the choke member B, and is provided on the lower wall surface side of the laser duct. In addition, the chemical oxygen iodine laser device, wherein the jet port of the injector is arranged at a position facing the choke member B at a predetermined interval corresponding to the choke member A.
前記混合ノズルのダクト下流側における先端部と、レーザダクトの上壁面および下壁面とが接触しているか、あるいはこれらの間隙の幅が1mm以内であることを特徴とする請求項1に記載の化学酸素沃素レーザ装置。   2. The chemistry according to claim 1, wherein a tip portion of the mixing nozzle on the downstream side of the duct is in contact with an upper wall surface and a lower wall surface of the laser duct, or a width of the gap is within 1 mm. Oxygen iodine laser device. 前記チョーク部材は、その底面からの高さがレーザダクトの上下壁面間の幅に対して30〜40%であり、チョーク部材Aおよびチョーク部材Bが、その底面のダクト長手方向に対する角度が6〜9度となるように配置されていることを特徴とする請求項2に記載の化学酸素沃素レーザ装置。   The choke member has a height from the bottom surface of 30 to 40% of the width between the upper and lower wall surfaces of the laser duct, and the choke member A and the choke member B have an angle of 6 to 6 with respect to the longitudinal direction of the duct. 3. The chemical oxygen iodine laser device according to claim 2, wherein the chemical oxygen iodine laser device is disposed at 9 degrees.
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