УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫВОДА ПУЧКА ЧАСТИЦ Советский патент 2013 года по МПК G01S7/38 

Изобретение относится к устройству по выводу концентрированных мощных пучков электронов из области вакуума в область высокого давления. Оно предназначено для проведения радиомаскировки летательного аппарата (ЛА) электронным пучком. Для этого пучок частиц, который генерируется в электронно-лучевой пушке, выводится в воздушную атмосферу, где электроны ионизируют молекулы воздуха, обеспечивая тем самым радиомаскировку ЛА. От стабильности числа электронов, т.е. тока пучка частиц, зависит эффективность работы такого устройства.

Целью изобретения является снижение весогабаритных характеристик и обеспечение надежности устройства путем уменьшения потока серы на эмиттер электронной пушки.

Поставленная цель достигается за счет установки в шлюзовой камере низкого вакуума дефлектора, выполненного, по крайней мере, в виде одной плоской цилиндрической шайбы с центральным отверстием, установленной перпендикулярно оси шлюзовых камер и удаленной от разделительной камеры на расстояние, равное 4-6 диаметрам отверстия между разделительной камерой и камерой низкого вакуума. Между шайбой и отверстием может быть установлена дополнительная шайба, удаленная от отверстия на расстояние, равное 2-3 диаметрам отверстия.

Выбор расстояния между шайбами в дефлекторе зависит от двух параметров, а именно, чисел Маха и Рейнольдса набегающего на шайбы потока рабочего тела. С одной стороны, чем больше число Маха, (т.е. чем дальше шайбы от отверстия), тем больше потери полного давления за отошедшей ударной волной и тем ниже расход вниз по потоку от шайбы. С другой стороны, при этом уменьшается число Рейнольдса, которое является функцией числа Маха и параметров на срезе отверстия разделительной камеры, откуда истекают пары рабочего тела. Это влечет за собой увеличение степени разреженности потока и, как следствие этого, постепенное утолщение отошедшей ударной волны, смешение изоэнтропического ядра с вязким пограничным слоем и в итоге полное ее исчезновение. Поэтому есть ограничение снизу на число Рейнольдса, при котором ударная волна еще образуется. Как показали расчеты на основе параметров перед отверстием, имеющих место в предлагаемом устройстве, и эксперименты подтвердили, что если дефлектор состоит из одной шайбы, то ее оптимальное удаление от отверстия составляет 4-6 его диаметра, а если имеется промежуточная дополнительная шайба между отверстием и основной, то оптимальное удаление первой шайбы от отверстия и от основной шайбы составляет 2-3 диаметра.

Струя паров серы, истекающая из разделительной камеры в вакуум, разгоняется до сверхзвуковых скоростей. Когда такая струя встречает преграду в виде плоской цилиндрической шайбы, то перед ней образуется отошедшая ударная волна, в которой происходит потеря полного давления и поток в приосевой зоне становится дозвуковым. Далее та часть паров серы, которая течет в приосевой зоне, проходя через отверстие в первой шайбе, достигает скорости звука. После первой шайбы струя опять раскрывается на тот же угол, что и при истечении из разделительной камеры, так как в полости насоса поддерживается низкое давление (вакуум) паров серы.

Та часть паров серы, которая не прошла через центральное отверстие в шайбе, разбрасывается на периферию насоса, позволяя тем самым эффективно использовать всю поверхность конденсации в насосе. При наличии второй шайбы процесс образования в приосевой зоне отошедшей ударной волны повторяется: в приосевой зоне при встрече с преградой - второй шайбой - образовывается отошедшая ударная волна. Скорость опять становится дозвуковой. В последующем, проходя через отверстие во второй шайбе, скорость достигает скорости звука и далее, так как истечение происходит в вакууме, струя опять раскрывается на угол 120-130°.

Таким образом, поток молекул серы в приосевой зоне, прохода последовательно через различные режимы течения: сверхзвуковая струя - отошедшая ударная волна - дозвуковое течение - разгон до скорости звука - истечение в вакуум через отверстие в шайбе с углом раскрытия струи 120-130°, резко снижается. В этом случае количество молекул серы, попадающих на эмиттер, уменьшается в 100-150 раз. Этого достаточно для того, чтобы обеспечить стабильный ток электронного пучка и тем самым добиться надежности радиомаскировки ЛА. Кроме того, основная часть паров серы с помощью шайб разбрасывается на периферию, что дает возможность эффективно использовать всю поверхность конденсационного насоса, что тем самым в свою очередь дает возможность уменьшить его габариты.

Предложенное устройство поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен общий вид устройства,

на фиг.2 изображена разделительная камера с камерой низкого вакуума, где расположен конденсационный насос и дефлектор.

Предложенное устройство содержит шлюзовые камеры высокого, среднего и низкого вакуума (соответственно 1, 2, 3, 4), содержащие геттерные 5 и конденсационные насосы 6. Шлюзовая камера низкого вакуума 4 соединена с разделительной камерой 7, содержащей емкость 8, заполненную парами вещества, не разлагающегося под действием электронного пучка на неконденсируемые составные части (например, парами серы). На выходе устройства на оси вывода пучка установлен эжектор 9, а на противоположном конце - электронная пушка 10 с катодом (эмиттером) 11.

В камере низкого вакуума 4 имеется дефлектор 12, выполненный в виде двух плоских тонких цилиндрических шайб 13 (дополнительной) и 14 (основной) с центральными отверстиями 15 для прохода пучка электронов (фиг.2). Шайбы установлены перпендикулярно оси шлюзовых камер и удалены друг от друга и от разделительной камеры 7 на одинаковое расстояние, равное 2-3 диаметрам отверстия 16, соединяющего разделительную камеру 7 с камерой низкого вакуума 4. Последняя, основная шайба 14 удалена от отверстия 16 разделительной камеры 7 на расстояние, равное 4-6 диаметрам отверстия 16.

После запуска электронной пушки 10 пары серы из емкости 8 поступают в разделительную камеру 7 и из нее истекают через отверстия 17, 16 для прохода пучка электронов в эжектор 9 и в полость камеры низкого вакуума 4, где расположен конденсационный насос с дефлектором 12. Так как конденсационный насос охлаждается аммиаком, то на поверхности конденсации происходит десублимация паров серы, в полости насоса поддерживается низкое давление, при котором реализуется режим истечения серы в вакуум. В полости насоса поток серы разгоняется до сверхзвуковой скорости и при встрече с плоской цилиндрической шайбой 13 образуется отошедшая ударная волна А. За ударной волной скорость становится дозвуковой. Большая часть серы течет на периферию, а приосевая часть серы в центральном отверстии 15 шайбы 13 разгоняется до звуковой скорости. Далее после выхода из отверстия 15 в шайбе реализуется еще раз режим истечения в вакуум с разворотом потока паров серы на угол 120-130°. При обтекании второй шайбы 14 еще раз образуется отошедшая ударная волна В и устанавливается такой же режим течения, как и у первой шайбы 13.

Нижний предел удаления шайбы от разделительной камеры обусловлен эффективностью снижения потока молекул серы на эмиттер. Верхний предел обусловлен еще и ограничением снизу на число Рейнольдса, при котором ударная волна еще образуется. Для дополнительной шайбы оба предела обусловлены первым фактором.

Как показали эксперименты, применение такого дефлектора позволило снизить поток молекул серы на эмиттер в 100-150 раз.

Изобретение относится к средствам проведения радиомаскировки летательных аппаратов электронным пучком. Устройство содержит шлюзовые камеры высокого, среднего и низкого вакуума, оснащенные геттерными и конденсационными насосами. Шлюзовая камера низкого вакуума соединена с разделительной камерой, содержащей емкость с парами вещества, не разлагающегося под действием электронного пучка на составные части. На выходе устройства на оси вывода пучка установлен эжектор, а на противоположном конце - электродная пушка с эмиттером. В камере низкого вакуума размещен дефлектор в виде тонких плоских разделительных шайб с центральными отверстиями для прохода пучка электронов. Шайбы установлены перпендикулярно оси шлюзовых камер и удалены друг от друга и от разделительной камеры на расстояние, равное 2-3 диаметрам отверстия, соединяющего разделительную камеру с камерой низкого вакуума. Последняя шайба удалена от отверстия разделительной камеры на расстояние, равное 4-6 диаметрам того же отверстия. Технический результат - уменьшение потока серы на эмиттер электронной пушки, обеспечивающее снижение весогабаритных характеристик и повышение надежности устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для вывода пучка частиц в область высокого давления по авторскому свидетельству №1840858, отличающееся тем, что, с целью снижения весогабаритных характеристик и повышения надежности, в шлюзовую камеру низкого вакуума введен дефлектор, выполненный в виде, по крайней мере, одного плоского диска с центральным отверстием, который установлен перпендикулярно оси шлюзовых камер на расстоянии от разделительной камеры, равном 4-6 диаметрам отверстия в перегородке между разделительной камерой и камерой низкого вакуума.

2. Устройство для вывода пучка частиц в область высокого давления по п.1, отличающееся тем, что между плоским диском и перегородкой размещен дополнительный плоский диск с центральным отверстием на расстоянии от плоского диска и от перегородки, равном 2-3 диаметром отверстия в перегородке.