RU2256268C2 - Method for producing oxidizing gas in supersonic hf/df gas laser - Google Patents
Method for producing oxidizing gas in supersonic hf/df gas laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2256268C2 RU2256268C2 RU2003129251/28A RU2003129251A RU2256268C2 RU 2256268 C2 RU2256268 C2 RU 2256268C2 RU 2003129251/28 A RU2003129251/28 A RU 2003129251/28A RU 2003129251 A RU2003129251 A RU 2003129251A RU 2256268 C2 RU2256268 C2 RU 2256268C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- fluorine
- gas
- oxidizing
- temperature
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике и связано с разработкой сверхзвуковых газовых лазеров непрерывного действия с проточной активной средой на рабочих молекулах фтористого водорода (HP) и фтористого дейтерия (DF).The invention relates to laser technology and is associated with the development of continuous supersonic gas laser with flowing active medium on the working molecules of hydrogen fluoride (HP) and deuterium fluoride (DF).
В лазерах этого типа активная среда создается в процессе смешения формируемых с помощью соплового блока струй окислительного газа (содержащих атомы фтора) и вторичного горючего (молекул водорода или дейтерия) с последующим инициированием химической реакции накачки F + Н2 → HF(v) + Н либо F + D2 → DF(v) + D в полости оптического резонатора (где HF(v) и DF(v) - молекулы продуктов реакции в колебательном возбужденном состоянии; v - колебательное квантовое число). Свойства активной среды во многом определяются свойствами окислительного газа, который должен содержать максимальное количество атомов фтора (выполняющих роль активных центров при инициировании химических реакций накачки), минимальное количество побочных продуктов (являющихся дезактиваторами рабочих молекул HF(v) и DF(v)) и обладать возможно более низкой температурой (для снижения скорости релаксации рабочих молекул в активной зоне и улучшения условий для создания инверсии). Окислительный газ получают в специальном газогенераторе.In lasers of this type, an active medium is created during the mixing of jets of oxidizing gas (containing fluorine atoms) and secondary fuel (hydrogen or deuterium molecules) generated using a nozzle block, followed by the initiation of a chemical pump reaction F + Н 2 → HF (v) + Н or F + D 2 → DF (v) + D in the cavity of the optical resonator (where HF (v) and DF (v) are the reaction product molecules in the vibrational excited state; v is the vibrational quantum number). The properties of the active medium are largely determined by the properties of the oxidizing gas, which should contain the maximum number of fluorine atoms (playing the role of active centers in initiating chemical pumping reactions), the minimum number of by-products (which are deactivators of the working molecules HF (v) and DF (v)) and possess possibly lower temperature (to reduce the relaxation rate of working molecules in the core and improve the conditions for creating an inversion). Oxidizing gas is obtained in a special gas generator.
Известны различные способы получения окислительного газа. Один из них предполагает использование внешнего источника энергии (обычно дугового разряда). В этом случае газогенератором является плазмотрон с камерой смешения [Sontag A., Joeckle R. Arc driven supersonic cw HF chemical laser//Proc. SPIE. 1992. V.1810. P.286-289]. В плазмотрон поступает газ-носитель (гелий или азот), который подвергается нагреву в электрической дуге до температуры 3000 - 4000 К. В камере смешения газ-носитель смешивается с фторсодержащим соединением (F2, SF6, NF3), которое под действием высокой температуры диссоциирует с образованием атомов фтора и побочных продуктов (их состав зависит от типа фторсодержащего соединения). Температура окислительного газа регулируется введением в камеру смешения дополнительного количества газа-носителя. Способ получения окислительного газа с помощью внешнего источника энергии прост и обеспечивает минимальное количество побочных продуктов.Various methods for producing oxidizing gas are known. One of them involves the use of an external energy source (usually an arc discharge). In this case, the gas generator is a plasmatron with a mixing chamber [Sontag A., Joeckle R. Arc driven supersonic cw HF chemical laser // Proc. SPIE. 1992. V. 1810. P.286-289]. The carrier gas (helium or nitrogen) enters the plasma torch, which is heated in an electric arc to a temperature of 3000 - 4000 K. In the mixing chamber, the carrier gas is mixed with a fluorine-containing compound (F 2 , SF 6 , NF 3 ), which is subjected to high temperature dissociates with the formation of fluorine atoms and by-products (their composition depends on the type of fluorine-containing compound). The temperature of the oxidizing gas is controlled by introducing an additional amount of carrier gas into the mixing chamber. The method of producing oxidizing gas using an external energy source is simple and provides a minimal amount of by-products.
Главный его недостаток - высокая энергоемкость, что создает проблемы при применении в лазерах большой мощности (особенно для мобильных систем).Its main drawback is the high energy intensity, which creates problems when used in high power lasers (especially for mobile systems).
Другой (традиционный) способ получения окислительного газа предполагает использование вспомогательной экзотермической химической реакции, которая проводится в газогенераторе [Schulman E.R., Burwell W.G., Meinzer R.A. Design and operation of medium power cw HF/DF chemical laser//AIAA Paper. 1974. №546]. Этот способ не требует внешнего источника энергии и поэтому является автономным. Газогенератор представляет собой камеру сгорания, в которую через смесительную головку той или иной конструкции подается исходная топливная композиция, включающая первичное горючее, фторсодержащий окислитель и инертный разбавитель. Соотношение расходов окислителя и первичного горючего, поступающих в камеру сгорания, устанавливается выше стехиометрического. При выполнении этого условия избыточный свободный фтор, содержащийся в составе продуктов сгорания топлива (которые и представляют собой окислительный газ), будет полностью или частично диссоциирован вследствие повышения температуры смеси (до Т=1800-2000 К) за счет тепла, выделяющегося в процессе горения.Another (traditional) method for producing oxidizing gas involves the use of an auxiliary exothermic chemical reaction, which is carried out in a gas generator [Schulman E.R., Burwell W.G., Meinzer R.A. Design and operation of medium power cw HF / DF chemical laser // AIAA Paper. 1974. No. 546]. This method does not require an external energy source and therefore is autonomous. A gas generator is a combustion chamber into which an initial fuel composition is supplied through a mixing head of one design or another, including primary fuel, a fluorine-containing oxidizing agent, and an inert diluent. The ratio of the costs of the oxidizing agent and the primary fuel entering the combustion chamber is set above the stoichiometric. Under this condition, the excess free fluorine contained in the composition of the fuel combustion products (which are oxidizing gas) will be completely or partially dissociated due to an increase in the temperature of the mixture (up to T = 1800-2000 K) due to the heat released during combustion.
Известно [Ребонэ В.К., Ротинян М.А., Федоров И.А. Способ определения оптимального химического состава топлива в генераторах атомарного фтора непрерывных химических HF/DF-лазеров автономного типа//Квантовая электроника. 1996. Т.23. №8. С. 707-710], что фактором, оказывающим наиболее сильное влияние на эффективность работы HF/DF-лазера, является поступательная температура активной среды, рост которой выше Т=600-650 К подавляет инверсию и вызывает срыв генерации излучения. Следовательно, для поддержания инверсии на достаточном уровне в течение более продолжительного времени необходимо понижать поступательную температуру активной среды, причем таким образом, чтобы потери атомов фтора вследствие их рекомбинации были минимальными. С этой целью в окислительный газ добавляют определенное количество инертного разбавителя (гелия или азота), выполняющего функцию теплового балласта. Если этого не делать, то химическая реакция накачки, протекающая с выделением большого количества тепла, приведет к сильному нагреву смеси, следствием которого может быть резкое снижение коэффициента усиления и даже тепловое запирание газового потока (переход режима течения от сверхзвукового к дозвуковому). При традиционном способе получения окислительного газа весь инертный разбавитель (обычно гелий) подают в камеру сгорания, откуда он (нагретый до температуры диссоциации фторсодержащего окислителя) транспортируется по соплу окислительного газа в полость оптического резонатора в смеси с атомами фтора и продуктами сгорания. К недостаткам такого способа следует отнести, во-первых, нагрев всего инертного разбавителя до температуры диссоциации фторсодержащего окислителя, что требует фактически бесполезного расхода части исходных компонентов и сопровождается наработкой дополнительного количества дезактиваторов - невозбужденных молекул DF(0) или HF(0). Во-вторых, нагретый до высокой температуры инертный разбавитель, поступив в активную зону, менее эффективно выполняет функцию теплового балласта.It is known [Rebone V.K., Rotinyan M.A., Fedorov I.A. A method for determining the optimal chemical composition of fuel in atomic fluorine generators of continuous chemical HF / DF lasers of an autonomous type // Quantum Electronics. 1996.V.23. No. 8. P. 707-710], that the factor that most strongly affects the efficiency of the HF / DF laser is the translational temperature of the active medium, the growth of which above T = 600-650 K suppresses the inversion and causes a breakdown in the generation of radiation. Therefore, to maintain the inversion at a sufficient level for a longer time, it is necessary to lower the translational temperature of the active medium, so that the losses of fluorine atoms due to their recombination are minimal. For this purpose, a certain amount of an inert diluent (helium or nitrogen), which acts as a thermal ballast, is added to the oxidizing gas. If this is not done, then the chemical pumping reaction, which takes place with the release of a large amount of heat, will lead to strong heating of the mixture, which can result in a sharp decrease in the gain and even thermal blocking of the gas flow (transition of the flow regime from supersonic to subsonic). In the traditional method of producing oxidizing gas, the entire inert diluent (usually helium) is fed into the combustion chamber, from where it (heated to the dissociation temperature of the fluorine-containing oxidizing agent) is transported through the nozzle of the oxidizing gas into the cavity of the optical resonator mixed with fluorine atoms and combustion products. The disadvantages of this method include, firstly, heating the entire inert diluent to the dissociation temperature of the fluorine-containing oxidizing agent, which requires a virtually useless consumption of part of the starting components and is accompanied by the production of an additional number of deactivators - unexcited DF (0) or HF (0) molecules. Secondly, an inert diluent heated to a high temperature, entering the active zone, less effectively performs the function of thermal ballast.
Более эффективным является снижение температуры активной среды посредством подачи дополнительного количества холодного инертного разбавителя непосредственно в зону протекания химической реакции накачки (после камеры сгорания) между струями окислительного газа и вторичного горючего [патент РФ №2030825, МКИ H 01 S 3/22. Публ. 10.05.95 г.]. Действительно, если вводить и дополнительный разбавитель в камеру сгорания, то для сохранения высокой (Т=1800-2000 К) температуры продуктов сгорания, образующихся в ходе вспомогательной химической реакции фторсодержащего окислителя с первичным горючим, необходимой для диссоциации избытка окислителя, придется израсходовать большее их количество. Это приведет к уменьшению относительной доли используемого в реакции накачки свободного фтора, к наработке дополнительного количества активных дезактиваторов рабочих молекул и, следовательно, к падению энергетических характеристик лазера. Дополнительный же разбавитель снижает поступательную температуру активной среды непосредственно в зоне генерации лазерного излучения, что оказывает благотворное влияние на энергетические характеристики лазера. Однако реализация этого способа приводит к усложнению конструкции соплового блока (за счет устройства для подачи дополнительного инертного разбавителя), а сам дополнительный инертный разбавитель не в полной мере удается использовать в качестве теплового балласта для снижения температуры окислительного газа, поскольку часть гелия за счет диффузии смешивается с холодным вторичным горючим.It is more effective to reduce the temperature of the active medium by supplying an additional amount of cold inert diluent directly to the zone of the chemical pump reaction (after the combustion chamber) between the jets of oxidizing gas and secondary fuel [RF patent No. 2030825, MKI H 01 S 3/22. Publ. May 10, 1995]. Indeed, if an additional diluent is introduced into the combustion chamber, in order to maintain a high (Т = 1800-2000 K) temperature of the combustion products formed during the auxiliary chemical reaction of the fluorine-containing oxidizer with the primary fuel, which is necessary for dissociation of the excess oxidizer, it will be necessary to use a larger amount . This will lead to a decrease in the relative fraction of free fluorine used in the pumping reaction, to the production of an additional amount of active deactivators of the working molecules, and, consequently, to a decrease in the laser energy characteristics. An additional diluent reduces the translational temperature of the active medium directly in the zone of laser radiation generation, which has a beneficial effect on the energy characteristics of the laser. However, the implementation of this method complicates the design of the nozzle block (due to the device for supplying an additional inert diluent), and the additional inert diluent cannot be fully used as thermal ballast to reduce the temperature of the oxidizing gas, since part of helium is mixed with diffusion cold secondary fuel.
В способе получения окислительного газа, выбранном за прототип и описанном в [патент США №4650416, МКИ F 23 R 1/06. Публ. 17.03.87 г.], использован принцип двухстадийного горения. Согласно этому принципу струи фторсодержащего окислителя и первичного горючего подаются в камеру сгорания через тройную инжекционную систему, смешиваются и сгорают в отсутствие инертного разбавителя, а затем продукты реакции смешиваются с последним, который подается через двойную инжекционную систему в ту же камеру сгорания, но ниже зоны горения. При этом в качестве фторсодержащего окислителя используется трифторид азота (NF3), а в качестве первичного горючего - дейтерий (D2). В первой стадии процесса в камере сгорания образуется высокотемпературная смесь продуктов сгорания топлива NF3 + D2 - (N2, DF, F) при температуре Т=2000-2100 К, соответствующей температуре полной диссоциации NF3. На второй стадии процесса эту температуру снижают в камере сгорания до уровня Т=1240-1500 К за счет подмешивания инертного разбавителя - гелия (Не) и получают окислительный газ - равновесную смесь, содержащую (наряду с указанными выше продуктами сгорания) еще и молекулы фтора (F2). Последние появляются в результате равновесной рекомбинации атомов фтора при понижении температуры смеси в камере сгорания. Причем количество молекулярного фтора составляет почти 40% от количества всего свободного фтора, поступающего в зону формирования активной среды. Для HF-лазера, работающего на “холодной” реакции накачки F + Н2 → HF(v) + Н, такая ситуация недопустима, поскольку ведет к существенному снижению его энергетической эффективности.In the method of producing oxidizing gas, selected for the prototype and described in [US patent No. 4650416, MKI F 23 R 1/06. Publ. March 17, 87], the principle of two-stage combustion is used. According to this principle, fluorine-containing oxidizing agent and primary fuel jets are fed into the combustion chamber through a triple injection system, mixed and burned in the absence of an inert diluent, and then the reaction products are mixed with the latter, which is fed through the double injection system to the same combustion chamber, but below the combustion zone . In this case, nitrogen trifluoride (NF 3 ) is used as a fluorine-containing oxidizing agent, and deuterium (D 2 ) is used as the primary fuel. In the first stage of the process, a high-temperature mixture of fuel combustion products NF 3 + D 2 - (N 2 , DF, F) is formed in the combustion chamber at a temperature T = 2000-2100 K, corresponding to the temperature of complete dissociation of NF 3 . At the second stage of the process, this temperature is reduced in the combustion chamber to the level of T = 1240-1500 K by mixing an inert diluent - helium (He) and an oxidizing gas is obtained - an equilibrium mixture containing (along with the above combustion products) fluorine molecules ( F 2 ). The latter appear as a result of equilibrium recombination of fluorine atoms with decreasing temperature of the mixture in the combustion chamber. Moreover, the amount of molecular fluorine is almost 40% of the total free fluorine entering the zone of formation of the active medium. For a HF laser operating on the “cold” pump reaction F + H 2 → HF (v) + H, this situation is unacceptable, since it leads to a significant decrease in its energy efficiency.
К основным недостаткам способа получения окислительного газа, предложенного в прототипе, следует отнести, во-первых, узкую область применения. Эта область ограничена использованием фторсодержащих окислителей, температура равновесной диссоциации которых существенно выше температуры равновесной диссоциации молекулярного фтора. Поэтому эффективность такого способа определяется, по-существу, разницей температур равновесной диссоциации фторсодержащего окислителя (Тдисс=2000-2100 К для NF3) и равновесной рекомбинации атомов фтора (Трек=1500-1600 К). Во-вторых, это наличие больших потерь атомов фтора, которые в условиях химического равновесия (при температуре окислительного газа, меньшей температуры рекомбинации атомов фтора) практически компенсируют выигрыш в мощности лазера, достигаемый в результате снижения температуры окислительного газа.The main disadvantages of the method of producing oxidizing gas proposed in the prototype include, firstly, a narrow scope. This area is limited by the use of fluorine-containing oxidizing agents, the equilibrium dissociation temperature of which is significantly higher than the temperature of the equilibrium dissociation of molecular fluorine. Therefore, the effectiveness of this method is determined, in essence, by the temperature difference of the equilibrium dissociation of a fluorine-containing oxidizing agent (T diss = 2000-2100 K for NF 3 ) and the equilibrium recombination of fluorine atoms (T rec = 1500-1600 K). Secondly, this is the presence of large losses of fluorine atoms, which under conditions of chemical equilibrium (at an oxidizing gas temperature lower than the recombination temperature of fluorine atoms) practically compensate for the gain in laser power achieved by reducing the temperature of the oxidizing gas.
Задачей настоящего изобретения является повышение энергетических характеристик сверхзвукового химического HF/DF-лазера непрерывного действия (его выходной мощности и удельного энергосъема).The objective of the present invention is to increase the energy characteristics of a continuous supersonic chemical HF / DF laser (its output power and specific energy output).
Сущность изобретения заключается в том, что приготовленная в газогенераторе высокотемпературная смесь продуктов сгорания (содержащая атомы фтора) и холодный инертный разбавитель в количестве не менее 50% объемных от всего количества инертного разбавителя, используемого в лазере, подаются во входные части окислительных сопел и смешиваются в этих соплах в виде отдельных струй.The essence of the invention lies in the fact that a high-temperature mixture of combustion products (containing fluorine atoms) prepared in a gas generator and a cold inert diluent in an amount of at least 50% by volume of the total amount of inert diluent used in the laser are fed into the inlet parts of the oxidizing nozzles and mixed in these nozzles in the form of separate jets.
Предлагаемый способ получения окислительного газа обеспечивает следующие преимущества: 1) уменьшение количества первичных компонентов топлива, необходимого для наработки одного грамма атомарного фтора, вследствие исключения затрат выделяющейся в ходе вспомогательной химической реакции энергии на нагрев инертного разбавителя, который поступает во входные части окислительных сопел холодным (увеличение полезной для генерации лазерного излучения доли энергии); 2) снижение температуры окислительного газа в соплах (и соответственно в активной среде) за счет подмешивания к нему холодного инертного разбавителя (что способствует росту энергетических характеристик лазера) при сохранении концентрации атомов фтора в окислительном газе; 3) рост абсолютной мощности лазерного излучения в результате существенного (примерно в два раза) увеличения количества атомарного фтора при работе лазера в режиме постоянных температуры и давления вследствие влияния факторов 1) и 2); 4) рост удельного энергосъема лазера в результате увеличения скорости диффузионного смешения потоков окислительного газа и вторичного горючего в полости оптического резонатора и снижения влияния релаксационных процессов, вызванное снижением давления в газогенераторе (и, соответственно, в активной зоне) при работе лазера в режиме постоянных температуры и массового расхода атомарного фтора вследствие влияния факторов 1) и 2); 5) уменьшение относительной концентрации дезактиваторов рабочих молекул.The proposed method for producing oxidizing gas provides the following advantages: 1) reduction in the amount of primary fuel components required to produce one gram of atomic fluorine due to the elimination of the costs of energy released during the auxiliary chemical reaction for heating an inert diluent that enters the inlet parts of the oxidizing nozzles with cold (increase useful for generating laser radiation fraction of energy); 2) a decrease in the temperature of the oxidizing gas in the nozzles (and, accordingly, in the active medium) due to the addition of a cold inert diluent (which contributes to an increase in the energy characteristics of the laser) while maintaining the concentration of fluorine atoms in the oxidizing gas; 3) an increase in the absolute power of laser radiation as a result of a substantial (approximately two-fold) increase in the amount of atomic fluorine when the laser is in the regime of constant temperature and pressure due to the influence of factors 1) and 2); 4) an increase in the specific energy output of the laser as a result of an increase in the rate of diffusion mixing of the flows of oxidizing gas and secondary fuel in the cavity of the optical resonator and a decrease in the influence of relaxation processes caused by a decrease in pressure in the gas generator (and, correspondingly, in the active zone) when the laser is operating in constant temperature mass flow of atomic fluorine due to the influence of factors 1) and 2); 5) a decrease in the relative concentration of deactivators of the working molecules.
На чертеже показано устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ получения окислительного газа. Оно состоит из газогенератора 1 и соплового блока 2, который представляет собой решетку щелевых сверхзвуковых окислительных сопел 3. Для впрыска холодного инертного разбавителя в тракте между камерой сгорания газогенератора 1 и входными частями окислительных сопел 3 размещен специальный инжектор 4. Для ввода вторичного горючего предназначен коллектор, состоящий из перфорированных отверстиями малого диаметра трубок 5, которые закреплены на кромках сопел 3.The drawing shows a device with which the proposed method for producing oxidizing gas is implemented. It consists of a gas generator 1 and a nozzle block 2, which is a lattice of slotted supersonic oxidizing nozzles 3. For injection of a cold inert diluent, a special injector 4 is placed in the path between the combustion chamber of the gas generator 1 and the inlet parts of the oxidizing nozzles 3. A collector is intended for introducing secondary fuel, consisting of perforated holes of small diameter tubes 5, which are fixed on the edges of the nozzles 3.
Способ осуществляется следующим образом. В камеру сгорания газогенератора 1 через смесительную головку той или иной конструкции непрерывно подаются первичные компоненты топлива - окислитель (фторсодержащее соединение), первичное горючее (например, дейтерий или водород) и инертный разбавитель (гелий). В камере сгорания первичные компоненты вступают во вспомогательную химическую реакцию (реакцию инициирования) в присутствии уменьшенного (по отношению к необходимому для эффективной работы лазера) количества инертного разбавителя. Образующаяся в результате химической реакции высокотемпературная смесь продуктов сгорания (содержащая атомы фтора, молекулы фтористого дейтерия или фтористого водорода и гелия) поступает на вход соплового блока 2, где вступает в контакт с холодным инертным разбавителем (молекулами гелия) и далее смешивается с ним в полостях окислительных сопел 3, которые выполняют роль сверхзвуковых камер смешения. Таким образом, в дозвуковые части окислительных сопел 3 поступают два потока: 1) равновесная смесь перемешанных продуктов сгорания (F, DF или HF и часть молекул Не) при высокой температуре Т=1500-1600К из газогенератора 1 и 2) холодный инертный разбавитель (молекулы Не*) при низкой температуре Т ~ 300 К из специального инжектора 4. Течение в полости каждого окислительного сопла 3, сопровождающееся смешением этих двух потоков, носит химически неравновесный характер [Бассина И.А., Дорот В.Л., Стрелец М.Х. Расчет пограничного слоя в сопле непрерывно действующего сверхзвукового химического лазера // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1979. №3. С. 120-126]. Следовательно, концентрация атомов фтора остается практически неизменной, количество первичных компонентов, необходимое для наработки одного грамма атомарного фтора, уменьшается, а в результате смешения потоков в соплах температура окислительного газа еще более понижается, что должно способствовать понижению температуры активной среды и росту энергетических характеристик лазера.The method is as follows. In the combustion chamber of the gas generator 1 through the mixing head of a particular design, the primary components of the fuel are continuously fed - an oxidizing agent (fluorine-containing compound), primary fuel (e.g. deuterium or hydrogen) and an inert diluent (helium). In the combustion chamber, the primary components enter into an auxiliary chemical reaction (initiation reaction) in the presence of a reduced amount of inert diluent (relative to the amount necessary for efficient laser operation). The high-temperature mixture of combustion products resulting from a chemical reaction (containing fluorine atoms, molecules of deuterium fluoride or hydrogen fluoride and helium) enters the nozzle block 2, where it comes into contact with a cold inert diluent (helium molecules) and then mixes with it in the cavities of the oxidizing nozzles 3, which act as supersonic mixing chambers. Thus, two flows enter the subsonic parts of the oxidizing nozzles 3: 1) an equilibrium mixture of mixed combustion products (F, DF, or HF and part of He molecules) at a high temperature T = 1500-1600 K from gas generator 1 and 2) a cold inert diluent (molecules He *) at a low temperature T ~ 300 K from a special injector 4. The flow in the cavity of each oxidizing nozzle 3, accompanied by a mixture of these two flows, is chemically nonequilibrium in nature [Bassina IA, Dorot V.L., Strelets M.Kh. . Calculation of the boundary layer in the nozzle of a continuously operating supersonic chemical laser // Izvestiya AN SSSR. Mechanics of fluid and gas. 1979. No. 3. S. 120-126]. Consequently, the concentration of fluorine atoms remains almost unchanged, the number of primary components required to produce one gram of atomic fluorine decreases, and as a result of mixing the flows in the nozzles, the temperature of the oxidizing gas decreases even more, which should contribute to lowering the temperature of the active medium and increasing the energy characteristics of the laser.
Экспериментальная проверка предлагаемого изобретения проводилась на стендовой установке, включавшей устройство (модель HF-лазера), состав которого изображен на чертеже, системы подачи рабочих компонентов топлива (F2, D2, Н2, Не) и регистрации режимных параметров, а также оптический измерительный комплекс. В тракте между камерой сгорания газогенератора 1 и входными частями окислительных сопел 3 размещен специальный инжектор 4 в виде перфорированной отверстиями диаметром 0,5 мм трубки из нержавеющей стали диаметром 6 мм, предназначенной для впрыска в каждое сопло 3 шириной 3 мм холодного инертного разбавителя (молекул Не*). Отверстия размещены в три ряда (расстояние между рядами 1,3 мм) с шагом (в каждом ряду) 5 мм, соответствующим шагу сопел (инжектор содержит 108 отверстий). Угол между осями двух смежных отверстий равен 25°. Расстояние от плоскости выходных сечений отверстий центрального ряда до плоскости критических сечений сопел составляет 4,5 мм. Вторичное горючее (молекулы Н2) подается через накладной коллектор, образованный 37-ю трубками-инжекторами 5 наружным диаметром 2 мм, которые перфорированы отверстиями диаметром 0,35 мм (каждая трубка содержит 20 отверстий). Отверстия размещены в шахматном порядке с шагом 4 мм. Трубки-инжекторы закреплены на кромках сопел 3; оси отверстий составляют угол 20° к направлению потока окислительного газа (смеси F + Не + DF + Не*), истекающего из окислительных сопел 3. Размер выходного сечения соплового блока 180×39 мм2.An experimental check of the invention was carried out on a bench installation, which included a device (model of an HF laser), the composition of which is shown in the drawing, a system for supplying working components of fuel (F 2 , D 2 , H 2 , He) and registration of operating parameters, as well as an optical measurement complex. In the tract between the combustion chamber of the gas generator 1 and the inlet parts of the oxidizing nozzles 3, a special injector 4 is placed in the form of a 6 mm diameter stainless steel tube perforated with holes with a diameter of 0.5 mm and designed to inject cold inert diluent (3 He molecules into each nozzle 3) *). The holes are placed in three rows (the distance between the rows is 1.3 mm) with a step (in each row) of 5 mm corresponding to the step of the nozzles (the injector contains 108 holes). The angle between the axes of two adjacent holes is 25 °. The distance from the plane of the exit sections of the holes of the central row to the plane of the critical sections of the nozzles is 4.5 mm. Secondary fuel (H 2 molecules) is supplied through an overhead collector formed by 37 injection tubes 5 with an outer diameter of 2 mm, which are perforated with 0.35 mm diameter holes (each tube contains 20 holes). The holes are staggered in 4 mm increments. Tube injectors mounted on the edges of the nozzles 3; the axis of the holes makes an angle of 20 ° to the direction of flow of the oxidizing gas (mixture F + He + DF + He *) flowing out from the oxidizing nozzles 3. The size of the outlet section of the nozzle block is 180 × 39 mm 2 .
Экспериментальная проверка дала следующие результаты. Во-первых, при подаче во входные части окислительных сопел холодного инертного разбавителя в количестве выше 50% объемных от всего количества инертного разбавителя, используемого в лазере, мощность лазерного излучения возрастает в 1,7 раза (от 3,2 до 5,4 кВт) при работе лазера в режиме постоянных давления и температуры и в 1,1 раза (от 4,6 до 5,1 кВт) при работе лазера в режиме постоянных температуры и массового расхода атомарного фтора с одновременным увеличением удельного энергосъема в 1,35 раза (от 147 до 198 Дж/г). Во-вторых, количество фторсодержащего окислителя (молекулярного фтора), необходимое для наработки одного грамма атомарного фтора, снижается в 1,8 раза, первичного горючего (дейтерия) - в три раза и, соответственно, фтористого дейтерия (дезактиватора рабочих молекул HF(v)) - также в три раза.Experimental verification yielded the following results. Firstly, when cold inert diluent is fed into the inlet portions of oxidizing nozzles in an amount above 50% by volume of the total amount of inert diluent used in the laser, the laser radiation power increases 1.7 times (from 3.2 to 5.4 kW) when the laser is in constant pressure and temperature and 1.1 times (from 4.6 to 5.1 kW) when the laser is in constant temperature and mass flow of atomic fluorine with a simultaneous increase in specific energy output by 1.35 times (from 147 to 198 J / g). Secondly, the amount of fluorine-containing oxidizing agent (molecular fluorine) required to produce one gram of atomic fluorine is reduced by 1.8 times, primary fuel (deuterium) - by three times and, accordingly, fluoride deuterium (deactivator of working molecules HF (v) ) - also three times.
Использование предлагаемого способа получения окислительного газа при оптимизации конструкции устройства позволяет при одинаковых температуре и давлении в газогенераторе поднять мощность лазерного излучения в 2 -3 раза, а удельный энергосъем - в 1,6-2,5 раза.Using the proposed method for producing oxidizing gas while optimizing the design of the device allows, at the same temperature and pressure in the gas generator, to increase the laser radiation power by 2–3 times, and the specific power consumption by 1.6–2.5 times.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129251/28A RU2256268C2 (en) | 2003-09-30 | 2003-09-30 | Method for producing oxidizing gas in supersonic hf/df gas laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129251/28A RU2256268C2 (en) | 2003-09-30 | 2003-09-30 | Method for producing oxidizing gas in supersonic hf/df gas laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003129251A RU2003129251A (en) | 2005-03-27 |
| RU2256268C2 true RU2256268C2 (en) | 2005-07-10 |
Family
ID=35560223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003129251/28A RU2256268C2 (en) | 2003-09-30 | 2003-09-30 | Method for producing oxidizing gas in supersonic hf/df gas laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2256268C2 (en) |
-
2003
- 2003-09-30 RU RU2003129251/28A patent/RU2256268C2/en active IP Right Revival
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003129251A (en) | 2005-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Schmiedberger et al. | Radio-frequency plasma jet generator of singlet delta oxygen with high yield | |
| US3818374A (en) | CHAIN REACTION HCl CHEMICAL LASER | |
| RU2256268C2 (en) | Method for producing oxidizing gas in supersonic hf/df gas laser | |
| Endo et al. | High-efficiency chemical oxygen–iodine laser using a streamwise vortex generator | |
| Mezhenin et al. | Analysis of cw oxygen-iodine laser performance using similarity criteria | |
| Juang et al. | Kinetics of the reactions of NCO with NO and NO2 | |
| Cenian et al. | Improvement of self-regeneration of gas mixtures in a convection-cooled 1.2 kW laser | |
| Davis et al. | EOIL power scaling in a 1-5 kW supersonic discharge-flow reactor | |
| Schmiedberger et al. | Novel concept of electric discharge oxygen-iodine laser | |
| Arnold et al. | A purely chemical HCl laser | |
| US4236123A (en) | High-power CO laser | |
| Boreysho et al. | A 12-kW continuous-wave chemical oxygen-iodine laser | |
| Pliavaka et al. | Singlet oxygen production in electrical non-self-sustained HV pulsed+ DC cross discharge at atmospheric pressure with application to plasma assisted combustion technologies | |
| Mikheev | Photochemical lasers on electronic molecular transitions | |
| US4031485A (en) | Method for achieving gas dynamic lasing | |
| Spalek et al. | COIL with atomic iodine produced from gaseous reactants | |
| Špalek et al. | Chemical oxygen-iodine laser with atomic iodine generated in a separate reactor | |
| RU2321118C2 (en) | Oxygen-iodine laser | |
| Furman et al. | Small-signal gain and iodine dissociation in a supersonic chemical oxygen–iodine laser with transonic injection of iodine | |
| Azyazov et al. | Efficient generation in a chemical oxygen—iodine laser with a low buffer-gas flow rate | |
| Kodymova | COIL--Chemical Oxygen Iodine Laser: advances in development and applications | |
| Zagidullin et al. | Comparative characteristics of subsonic and supersonic oxygen—iodine lasers | |
| Okamoto et al. | Supersonic chemical oxygen-iodine laser with microwave predissociation of iodine | |
| Špalek et al. | Chemical oxygen-iodine laser with atomic iodine generated via fluorine atoms | |
| Jirásek et al. | Chemical oxygen–iodine laser with atomic iodine generated via fluorine atoms |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141001 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160210 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20220425 |