ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ИМИТАТОР ХИМИЧЕСКОГО HF(DF) СВЕРХЗВУКОВОГО ЛАЗЕРА Российский патент 2002 года по МПК H01S3/00 

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к газодинамическим имитаторам химического сверхзвукового лазера, и может быть использовано для экспериментальной доработки системы восстановления давления.

Известны газодинамические устройства, содержащие фронтовое устройство с форсунками топлива и окислителя, камеру сгорания, сверхзвуковое сопло, поджигающее устройство и контрольно-измерительную систему (см., например, патент РФ 2040701, МКИ F 02 K 3/10, 1992 г.; патент РФ 2041375, МКИ F 02 K 9/52, 1995 г. ; патент США 3546883, НКИ 60-258, 1970 г.; авторское свидетельство СССР 169948, МКИ F 23 R 3/18, 1956 г.).

Общим недостатком рассмотренных газодинамических устройств является невозможность их использования в качестве газодинамического имитатора химического сверхзвукового лазера без усовершенствования.

Задача изобретения - создание газодинамического имитатора химического сверхзвукового лазера.

Поставленная задача достигается тем, что газодинамический имитатор химического HF (DF) сверхзвукового лазера, содержащий газогенератор, включающий форсуночную головку, вставку с огневым днищем, патрубки подачи топлива и окислителя, камеру сгорания и сверхзвуковое сопло, поджигающее устройство и контрольно-измерительную систему, предлагается снабдить динамическим смесителем для приготовления окислительной смеси, камеру сгорания - снабдить внешним полым кольцевым коллектором газа-разбавителя с расположенными равномерно по кольцу струйными форсунками с возможностью подачи ими газа-разбавителя в камеру сгорания в направлении навстречу потоку.

На фиг. 1 представлен общий вид газодинамического имитатора химического сверхзвукового лазера.

На фиг.2 - общий вид газогенератора.

На фиг.3 - общий вид форсуночной головки.

На фиг.4 - общий вид динамического смесителя.

На фиг.5 - общий вид вставки с огневым днищем.

Газодинамический имитатор химического HF (DF) сверхзвукового лазера содержит (см. фиг. 1,2) динамический смеситель 1, газогенератор, обеспечивающий смешение и сгорание компонентов топлива ((O₂+N₂+He1)+(CH₄)+He2), включающий форсуночную головку 2, вставку 3 с огневым днищем, являющуюся первой секцией камеры сгорания, камеру 4 сгорания, внешний полый кольцевой коллектор 5 газа-разбавителя и выходное сверхзвуковое сопло 6 с переходной камерой. Камера 4 сгорания выполнена в виде трубы с двумя фланцами и снабжена штуцерами 7 для подвода вторичного гелия, патрубками 8 подачи защитной завесы для свечей и штуцерами 9 для термопар. Внешний коллектор 5 снабжен патрубком подачи газа (Не2) и штуцерами 7 со струйными форсунками равномерно расположенными по кольцу и обеспечивающими подачу газа-разбавителя в камеру 4 сгорания в направлении навстречу потоку. Форсуночная головка 2 (фиг.3) предназначена для смешения и подачи в камеру 4 сгорания компонентов топлива. Она содержит задний фланец 10 с патрубком подвода окислительного газа, рассекатель 11, коллектор 12, разделяющий форсуночную головку 2 на две полости: полость горючего и полость окислительного газа. В перфорированный фланец коллектора 12 вкручены 55 струйных форсунок и уплотнены с помощью фум-ленты. Конический рассекатель 11 крепится на центральную форсунку и служит для обеспечения равномерного распределения окислительного газа по полости подачи: окислитель - по центру, горючее - по периферии. Вставка 3 (фиг.5) с огневым днищем содержит: корпус 18 в виде отрезка трубы с патрубками 8 подачи защитной смеси для свечей; штуцеры 19 установки электрических свечей зажигания, штуцер 20 отбора давления. Динамический смеситель 1 (фиг.4) обеспечивает равномерное смешение окислителя и части разбавителя и подачу полученной смеси в газогенератор. Система хранения и подачи обеспечивает подачу необходимого количества компонентов в динамический смеситель 1 и в газогенератор (не показано). В ходе пуска кислород-азотная смесь и первичный гелий подаются через сверхкритические расходные сопла в динамический смеситель, оттуда смесь поступает в газогенератор. Динамический смеситель 1 содержит корпус 14 и рассекатель 15, образующие коллектор подачи кислород-азотной смеси, направляют поток гелия к стенкам вкладыша 16, а кислород-азотную смесь радиально, что улучшает проникновение кислород-азотной смеси в гелий; патрубки 17 подачи гелия и кислород-азотной смеси. Стенки вкладыша 16 имеют 12 отверстий для вдува кислород-азотной смеси. Диаметр отверстий рассчитан так, чтобы перепад на них был равен ≈ 2 атм. На выходе из смесителя 1 осуществляется сужение потока для создания дополнительных завихрений и соответственно улучшения процесса смешения.

Газодинамический имитатор химического HF (DF) сверхзвукового лазера работает следующим образом (см. фиг.1-5).

В патрубки 17 динамического смесителя 1 подаются окислитель - кислородно-азотная смесь и разбавитель-гелий.

Соотношение расходов топлива и окислителя выбирается в соответствии с отношением G_oк = α×n×G_т,
где G_ок - массовый расход окислителя;
α- коэффициент избытка окислителя;
n - стехиометрическое соотношение;
G_т - расход топлива.

На рассекателе 15 образуется кольцевая струя разбавителя, в которую вдуваются поперечные струи окислителя, что позволяет получить смесь с высокой степенью однородности. На выходе из смесителя осуществляется сужение потока для создания дополнительных завихрений и соответственно улучшения процесса смешения. Далее смесь поступает в форсуночную головку 2 камеры 4 смешения, где происходит смешение с топливом - метан. В камере 4 сгорания происходит горение и увеличение температуры смеси. Воспламенение смеси осуществляется с помощью 2-х электрических свечей (можно использовать два пиропатрона). Окончательное доведение состава смеси до требуемых параметров происходит за счет введения разбавителя - вторичного гелия через инжекторы - струйные форсунки внешнего коллектора 5 камеры 4 сгорания. Разбавитель истекает в виде системы струй, направленных навстречу потоку продуктов сгорания и смешивающихся с ними. Далее смесь проходит через расходное сверхзвуковое сопло 6 с переходной камерой, обеспечивающее уровень давления, необходимый для нормального протекания процесса горения. При этом площадь проходного сечения F сопла выбирается из соотношения

где
G - массовый расход рабочей смеси;
Т_о - температура смеси;
m(j,μ)- известная функция параметров рабочей смеси;
j,μ- показатель адиабаты и молекулярная масса смеси;
Р_o - давление в камере сгорания.

Окончательно газодинамические параметры потока приобретают заданные значения при разгоне смеси в сверхзвуковом сопле 6 с переходной камерой.

Управление параметрами газодинамического имитатора производится путем регулирования расходов топлива (метана), окислителя и разбавителя.

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к газодинамическим имитаторам химического сверхзвукового лазера, и используется для экспериментальной доработки системы восстановления давления. Газодинамический имитатор химического НF(DF) сверхзвукового лазера содержит газогенератор с форсуночной головкой, вставкой с огневым днищем, патрубком подачи топлива и окислителя; камеру сгорания и сверхзвуковое сопло. Газодинамический имитатор снабжен динамическим смесителем окислительной смеси. Камера сгорания снабжена внешним полым кольцевым коллектором подачи газа-разбавителя с расположенными равномерно по кольцу струйными форсунками. Существует возможность подачи ими газа-разбавителя в камеру сгорания в направлении навстречу потоку. Технический результат изобретений - создание эффективного газодинамического имитатора химического сверхзвукового лазера. 5 ил.

Газодинамический имитатор химического НF(DF) сверхзвукового лазера, содержащий газогенератор, включающий форсуночную головку, вставку с огневым днищем, патрубки подачи топлива и окислителя; камеру сгорания; сверхзвуковое сопло; поджигающее устройство и контрольно-измерительную систему, отличающийся тем, что он снабжен динамическим смесителем окислительной смеси, камера сгорания снабжена внешним полым кольцевым коллектором газа-разбавителя с расположенными равномерно по кольцу струйными форсунками с возможностью подачи в камеру сгорания газа-разбавителя в направлении навстречу потоку.