RU2559030C2 - Laser rocket engine (versions) - Google Patents
Laser rocket engine (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2559030C2 RU2559030C2 RU2012130378/07A RU2012130378A RU2559030C2 RU 2559030 C2 RU2559030 C2 RU 2559030C2 RU 2012130378/07 A RU2012130378/07 A RU 2012130378/07A RU 2012130378 A RU2012130378 A RU 2012130378A RU 2559030 C2 RU2559030 C2 RU 2559030C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- laser
- rocket engine
- reflecting
- absorption chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к реактивным двигателям летательных аппаратов, преимущественно орбитальных и аэрокосмических аппаратов.The invention relates to jet engines of aircraft, mainly orbital and aerospace vehicles.
Известен лазерный ракетный двигатель (ЛРД) (патент РФ №2266420, MПK F02K 7/00, F24J 2/06, B64G 1/26, опубликованный 20.12.2005), который содержит источник импульсно-периодического лазерного излучения, оптический узел с концентратором излучения и отражателями, систему формирования плоского фронта излучения и соосный концентратору газодинамический узел. Формирующая система осуществляет прием и согласование апертуры лазерного пучка с габаритами оптического узла. Первый отражатель концентратора выполнен в форме конусообразной фигуры вращения с образующей поверхностью в виде части короткофокусной параболы. Газодинамический узел выполнен в виде приемника импульса давления, расположенного с тыльной стороны и на основании первого отражателя, а также реактивного сопла, установленного на расстоянии от основания и образующего щель для ввода лазерного излучения. Концентратор снабжен дополнительным отражателем, соосным первому отражателю и выполненным в форме фигуры вращения, образующая поверхности которой представляет собой дугу. Этот дополнительный отражатель размещен на пути фокусируемого первым отражателем пучка так, что фокальная область концентратора расположена в области щели.Known laser rocket engine (LRE) (RF patent No. 2266420, MPK F02K 7/00, F24J 2/06, B64G 1/26, published 20.12.2005), which contains a source of pulsed-periodic laser radiation, an optical node with a radiation concentrator and reflectors, a system for the formation of a flat radiation front and a gas-dynamic unit coaxial with the concentrator. The forming system receives and matches the aperture of the laser beam with the dimensions of the optical node. The first concentrator reflector is made in the form of a cone-shaped rotation figure with a generatrix surface in the form of a part of a short-focus parabola. The gas-dynamic unit is made in the form of a pressure pulse receiver located on the back side and on the basis of the first reflector, as well as a jet nozzle mounted at a distance from the base and forming a slit for introducing laser radiation. The concentrator is equipped with an additional reflector, coaxial with the first reflector and made in the form of a rotation figure, the surface of which is an arc. This additional reflector is placed in the path of the beam focused by the first reflector so that the focal region of the concentrator is located in the region of the slit.
Известен лазерный ракетный двигатель и способ организации рабочего процесса в нем (патент US №4036012, МПК Н05Н 1/24, опубликованный 19.07.1977), наиболее близкий по технической сущности к заявленному и принятый за прототип. Лазерный ракетный двигатель включает непрерывный источник лазерного излучения, систему поворотных и фокусирующих зеркал, камеру поглощения с газодинамическим окном, сопло, систему подвода рабочего тела в зону поглощения со стороны газодинамического окна, баллоны с рабочим телом. Работает лазерный ракетный двигатель следующим образом. Лазерный луч, попадая на систему поворотных и фокусирующих зеркал, фокусируется через газодинамическое окно в зоне поглощения, куда подается рабочее тело - водород, одновременно в зону поглощения подается рабочее тело с добавкой дейтерия для инициирования оптического разряда и образования плазменного ядра, нагрев рабочего тела, которое обтекает плазменное ядро и истекает из сверхзвукового сопла, образуя реактивную струю.A known laser rocket engine and a method of organizing a workflow therein (US patent No. 4036012, IPC Н05Н 1/24, published July 19, 1977), the closest in technical essence to the claimed and adopted for the prototype. A laser rocket engine includes a continuous source of laser radiation, a system of rotary and focusing mirrors, an absorption chamber with a gas-dynamic window, a nozzle, a system for supplying a working fluid to the absorption zone from the gas-dynamic window, and cylinders with a working fluid. A laser rocket engine operates as follows. The laser beam, incident on a system of rotary and focusing mirrors, is focused through a gas-dynamic window in the absorption zone, where the working fluid - hydrogen is fed, while the working fluid with deuterium is added to the absorption zone to initiate an optical discharge and the formation of a plasma core, heating the working fluid, which flows around the plasma core and flows out of the supersonic nozzle, forming a jet stream.
Основными недостатками как прототипа, так и аналога является неэффективная работа газодинамических окон (ГДО) данных ЛРД в верхних разреженных слоях атмосферы Земли и тем более в условиях космического вакуума. Неэффективность проявляется в виде появления обратных токов рабочего тела из камеры поглощения (КП) через ГДО и их утечки в окружающую среду, что приводит к снижению удельного импульса ЛРД.The main disadvantages of both the prototype and the analogue are the inefficient operation of the gas-dynamic windows (GDO) of the LRE data in the upper rarefied layers of the Earth’s atmosphere, and even more so under conditions of space vacuum. Inefficiency manifests itself in the form of the appearance of reverse currents of the working fluid from the absorption chamber (KP) through the GDO and their leakage into the environment, which leads to a decrease in the specific impulse of the LRE.
Кроме того, сравнительно высокий ожидаемый удельный импульс и обеспечение устойчивого «горения» непрерывного оптического разряда (НОР) предполагают небольшой расход рабочего тела с маленькой скоростью обдува НОРа. Данные требования налагают ограничения на эффективную работу ГДО, поэтому, чтобы ГДО справлялся со своей задачей, перепад давления между КП и окружающей средой должен быть небольшим, и как следствие трудно достичь давления критического перепада в минимальном сечении сопла ЛРД, также это ведет к уменьшению удельного импульса и тяги ЛРД в условиях атмосферы.In addition, the relatively high expected specific impulse and the provision of stable “burning” of a continuous optical discharge (NRA) suggest a small flow rate of the working fluid with a low NRA blowing rate. These requirements impose restrictions on the effective operation of the gas pressure generator, therefore, in order for the gas pressure generator to cope with its task, the pressure drop between the gearbox and the environment must be small, and as a result, it is difficult to achieve a pressure drop of a critical drop in the minimum section of the LRE nozzle, and this also leads to a decrease in the specific impulse and thrust of the rocket engine in the atmosphere.
В условиях космоса (где давление практически равно нулю) камера поглощения с ГДО будет иметь сверхкритический перепад как со стороны сопла, так и со стороны ГДО, и в итоге возникнет две тяги, векторы которых направлены в разные стороны, что существенно уменьшит удельный импульс ЛРД.In space conditions (where the pressure is almost zero), the absorption chamber with the gas turbulence will have a supercritical drop both from the nozzle side and from the gas turbulent side, and as a result there will be two thrusts whose vectors are directed in different directions, which will significantly reduce the specific LRE pulse.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении КПД, удельного импульса и ресурса работы ЛРД.The technical result, which the invention is aimed at, is to increase the efficiency, specific impulse and life of the LRE.
Технический результат (вариант 1) достигается тем, что в лазерном ракетном двигателе (фиг.1), содержащем систему отражающих и фокусирующих зеркал, газодинамическое окно, камеру поглощения, систему подачи рабочего тела, сверхзвуковое сопло, тракт охлаждения, новым является то, что система двух отражающих и фокусирующих зеркал находится в герметичной предварительной камере, сообщенной с камерой поглощения посредством газодинамического окна, вход для лазерного излучения в предварительную камеру обеспечивается двумя твердыми охлаждаемыми окнами, прозрачными для применяемого вида лазерного излучения, при этом давление в предварительной камере выше, чем в камере поглощения, а два зеркала, отражающие внешнее лазерное излучение, расположены снаружи лазерного ракетного двигателя.The technical result (option 1) is achieved by the fact that in a laser rocket engine (Fig. 1) containing a system of reflecting and focusing mirrors, a gas-dynamic window, an absorption chamber, a working fluid supply system, a supersonic nozzle, a cooling duct, the system is new two reflecting and focusing mirrors is located in a sealed preliminary chamber, in communication with the absorption chamber by means of a gas-dynamic window, the input for laser radiation into the preliminary chamber is provided by two solid cooled CNAM transparent to the laser radiation used species, while the pressure in the antechamber is higher than in the absorption chamber, and two mirrors reflecting the laser light outside, are disposed outside the laser rocket engine.
Технический результат (вариант 2) достигается тем, что в лазерном ракетном двигателе, содержащем систему отражающих и фокусирующих зеркал, газодинамическое окно, камеру поглощения, систему подачи рабочего тела, тракт охлаждения, сверхзвуковое сопло, новым является то, что система конического отражающего и фокусирующего зеркал находится в герметичной предварительной камере, сообщенной с камерой поглощения посредством газодинамического окна, вход лазерного излучения в предварительную камеру обеспечивается кольцевым твердым охлаждаемым окном, прозрачным для лазерного излучения, причем давление в предварительной камере выше, чем в камере поглощения, а коническое зеркало, отражающее внешнее лазерное излучение в двигатель, расположено снаружи лазерного ракетного двигателя.The technical result (option 2) is achieved by the fact that in a laser rocket engine containing a system of reflective and focusing mirrors, a gas-dynamic window, an absorption chamber, a supply system of a working fluid, a cooling duct, a supersonic nozzle, the new is that the system of conical reflective and focusing mirrors located in a sealed preliminary chamber in communication with the absorption chamber by means of a gas-dynamic window; the laser radiation inlet into the preliminary chamber is provided by a ring solid cooled m a window that is transparent to laser radiation, and the pressure in the preliminary chamber is higher than in the absorption chamber, and a conical mirror reflecting the external laser radiation into the engine is located outside the laser rocket engine.
Оптические центры наружного, внутреннего отражающих зеркал и твердого окна находятся на одной оси.The optical centers of the outer, inner reflecting mirrors and the solid window are on the same axis.
На фиг.1 представлена схема лазерного ракетного двигателя (вариант 1).Figure 1 presents a diagram of a laser rocket engine (option 1).
На фиг.2 представлена схема лазерного ракетного двигателя (вариант 2).Figure 2 presents a diagram of a laser rocket engine (option 2).
Лазерный ракетный двигатель (фиг.1) содержит два внешних поворотных зеркала 1, прозрачные для ввода лазерного луча, два твердых окна 2, два внутренних поворотных зеркала 3, фокусирующее зеркало (концентратор) 4, герметичную предварительную камеру 5, газодинамическое окно 6, камеру поглощения 7, сверхзвуковое сопло 8, тракт охлаждения двигателя 9, систему подачи рабочего тела - коллектор 10.The laser rocket engine (Fig. 1) contains two external rotary mirrors 1, transparent for introducing a laser beam, two
Лазерный ракетный двигатель работает следующим образом. Лазерный луч, отражаясь от двух поворотных зеркал 1, проходя через твердые окна 2, попадает в герметичную предварительную камеру 5, где, отражаясь от двух поворотных зеркал 3 и с помощью фокусирующего зеркала 4, через газодинамическое окно 6 фокусируется в камере поглощения 7. Для инициирования непрерывного оптического разряда вместе с рабочим телом подается аэрозоль с солями щелочных металлов, снижающая порог пробоя оптического разряда. В образовавшемся непрерывном оптическом разряде поглощение лазерного луча в основном происходит в процессе, обратном тормозному излучению. Образовавшийся непрерывный оптический разряд газодинамически стабилизируется в приосевой области камеры поглощения, обдуваясь осесимметричным осевым потоком рабочего тела, истекающего из газодинамического окна. Поступающее по тракту охлаждения 9 в газодинамическое окно 6 рабочее тело, например водород, охлаждает стенки камеры поглощения 7 ЛРД и твердые окна 2. Рабочее тело, обтекая и частично проходя через плазму НОРа, нагревается и истекает, ускоряясь в сверхзвуковом сопле 8, образуя сверхзвуковую реактивную струю.Laser rocket engine operates as follows. The laser beam, reflected from two rotary mirrors 1, passing through
При высоких уровнях мощности лазерного излучения твердые окна из прозрачных диэлектриков смогут работать сравнительно недолго.At high levels of laser radiation power, solid windows made of transparent dielectrics can work for relatively short periods.
Увеличение ресурса работы твердых окон ЛРД достигается увеличением площади окон, что пропорционально уменьшает энергию и нагрев единицы площади окна.An increase in the operating life of solid LRE windows is achieved by increasing the area of the windows, which proportionally reduces the energy and heating of a unit area of the window.
Для равномерного охлаждения окон 2 предварительной камеры 5 через коллектор 10, имеющий отверстия по периметру окон 2, прокачивается холодное рабочее тело, например газообразный или жидкий водород. Поступающее через коллектор 10 в предварительную камеру 5 рабочее тело приводит к появлению по сравнению с окружающей средой избыточного давления. Создание избыточного давления в предварительной камере перед ГДО и как следствие уменьшение перепада давления между камерой поглощения 7 и предварительной камерой 5 (на входе в газодинамическое окно 6 (ГДО 6)) позволит создавать более высокие давления в камере поглощения 7. Повышение давления в камере поглощения 7 ЛРД приводит к увеличению КПД и удельного импульса ЛРД.For uniform cooling of the
При работе такого двигателя со стороны предварительной камеры 5, то есть в канале ГДО 6, образуется газовая подушка, препятствующая перетеканию рабочего тела из камеры поглощения 7 через ГДО 6 в сторону предварительной камеры 5. Перетекание будет возможным только из предварительной камеры 5 в камеру поглощения 7, что будет соответствовать нормальной работе ЛРД.When such an engine is operating from the side of the
Лазерный ракетный двигатель (фиг.2) содержит коническое отражающее зеркало 1, кольцевое твердое окно 2, коническое отражающее зеркало 3, фокусирующее зеркало 4, предварительную герметичную камеру 5, ГДО 6, камеру поглощения 7, сверхзвуковое сопло 8, тракт охлаждения 9, систему охлаждения окна - коллектор 10.Laser rocket engine (figure 2) contains a conical reflecting mirror 1, an annular
Лазерный ракетный двигатель (фиг.2) работает следующим образом.Laser rocket engine (figure 2) works as follows.
Внешнее лазерное излучение, отражаясь от конического зеркала 1, проходит через твердое кольцевое окно 2 в предварительную герметичную камеру 5, где, отражаясь от конического зеркала 3, поступает на фокусирующее зеркало 4. Дальнейший процесс происходит, как в предыдущем двигателе. За счет кольцевого твердого окна 1 удельная тепловая нагрузка на окне существенно ниже.External laser radiation, reflected from the conical mirror 1, passes through a solid
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012130378/07A RU2559030C2 (en) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | Laser rocket engine (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012130378/07A RU2559030C2 (en) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | Laser rocket engine (versions) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012130378A RU2012130378A (en) | 2014-01-27 |
RU2559030C2 true RU2559030C2 (en) | 2015-08-10 |
Family
ID=49956781
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012130378/07A RU2559030C2 (en) | 2012-07-18 | 2012-07-18 | Laser rocket engine (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2559030C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4036012A (en) * | 1976-02-18 | 1977-07-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Laser powered rocket engine using a gasdynamic window |
RU2044226C1 (en) * | 1993-05-06 | 1995-09-20 | Эдуард Владимирович Тверьянович | Solar-energy plant |
US6488233B1 (en) * | 2001-04-30 | 2002-12-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Laser propelled vehicle |
RU2266420C2 (en) * | 2003-10-08 | 2005-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) | Aerospace laser jet engine |
CN102390547A (en) * | 2011-10-08 | 2012-03-28 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | Laser propulsion aircraft with vector nozzle |
-
2012
- 2012-07-18 RU RU2012130378/07A patent/RU2559030C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4036012A (en) * | 1976-02-18 | 1977-07-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Laser powered rocket engine using a gasdynamic window |
RU2044226C1 (en) * | 1993-05-06 | 1995-09-20 | Эдуард Владимирович Тверьянович | Solar-energy plant |
US6488233B1 (en) * | 2001-04-30 | 2002-12-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Laser propelled vehicle |
RU2266420C2 (en) * | 2003-10-08 | 2005-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем (ФГУП НИИКИ ОЭП) | Aerospace laser jet engine |
CN102390547A (en) * | 2011-10-08 | 2012-03-28 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | Laser propulsion aircraft with vector nozzle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012130378A (en) | 2014-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3946233A (en) | Weapon system for the detection of and use against stationary or moving objects | |
US6138456A (en) | Pressure exchanging ejector and methods of use | |
US10544737B2 (en) | Method and system for mitigation of cavity resonance | |
EP3176423B1 (en) | Laser ignition device | |
KR101926289B1 (en) | Exhaust apparatus and gas turbine | |
US20090139199A1 (en) | Pulse detonation combustor valve for high temperature and high pressure operation | |
US20090266047A1 (en) | Multi-tube, can-annular pulse detonation combustor based engine with tangentially and longitudinally angled pulse detonation combustors | |
CN110344944B (en) | Flame stabilizing method for engine combustion chamber, engine and aircraft | |
US20190223283A1 (en) | Device For Generating High-Intense And Steady-State Neutrons | |
CN101725431A (en) | Electric fuel oil jet propeller | |
CN109736993B (en) | 2-micron-waveband laser ignition device and ignition method | |
CN102390547B (en) | Laser propulsion aircraft with vector nozzle | |
CN110718843B (en) | Air-breathing type continuous rotation detonation combustion driven premixing type carbon dioxide pneumatic laser | |
US11215365B2 (en) | Nozzle for combustors, combustor, and gas turbine including the same | |
WO2019157477A1 (en) | Filtration apparatus and method | |
US20190368420A1 (en) | Nozzle for combustors and gas turbine including the same | |
RU2559030C2 (en) | Laser rocket engine (versions) | |
RU121305U1 (en) | LASER ROCKET ENGINE | |
RU2620736C1 (en) | Method of organising working process in turbojet engine with continuously-detonating combustion chamber and device for its implementation | |
KR101807586B1 (en) | Fuel nozzle for gas turbine combustor | |
RU2484280C1 (en) | Method for organisation of working process in laser rocket engine, and laser rocket engine | |
RU2587509C1 (en) | Method of operating aircraft gas turbine engine and device therefor | |
RU2458248C1 (en) | Laser rocket engine and method of its operation | |
RU2680781C1 (en) | Turbojet engine afterburner combustion chamber combustion zone stabilization method and the turbojet engine afterburner combustion chamber | |
RU2693117C1 (en) | Low-emissive vortex burner |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180719 |