Brevet FR2678783A1 — publié le 19930108

Dispositif laser chimique La présente invention a pour objet un dis Dositif laser chimique. On sait que les lasers chimiques à hydracide sont alimentés par un fluide combustible tel que le deutérium et l'hydrogène, et un fluide comburant halogène tel que le fluor, le chlore, le brome, l'iode ou un de leurs composés Les fluides réactifs, généralement dilués dans un gaz neutre comme l'azote, brulent dans une chambre de combustion pour engendrer des atomes libres d'halogène qui sont admis dans la cavité optique du laser On injecte alors dans cette cavité de l'hydrogène ou du deutérium qui se combine avec les atomes libres d'halogène pour former des molécules d'halogénure dans un état vibrationnel excité En descendant à un niveau vibrationnel inférieur, ces molécules excitées engendrent un faisceau laser Ces lasers fonctionnent généralement à basse pression, au dessous de 50 torrs; il est donc nécessaire de pomper les gaz d'échappement sortant de la cavité. Il est connu d'effectuer ce pompage à l'aide de matériaux absor- bant les gaz, afin d'éviter l'emploi de pompes électromécaniques lourdes et encombrantes, par exemple pour l'équipement d'un avion militaire. C'est ainsi qu'un dispositif laser chimique à hydracide, décrit dans le brevet français n O 2 298 205, publié le 13 Août 1 Q 76, comporte un récipient métallique étanche disposé à la sortie de la cavité laser et contenant sous vide du calcium métallique Ce dispositif comporte en outre des moyens permettant de préchauffer le calcium à 4000 C environ pour qu'il soit capable d'absorber les gaz d'échappement; un tel pré- chauffage peut être réalisé par admission d'une petite quantité d'oxygène dans le récipient Après préchauffage du calcium, la rupture d'un disque perforable reliant le récipient à la sortie de la cavité permet l'introduction dans le récipient des gaz d'échappement du laser. Le laser chimique connu décrit ci-dessus présente des inconvé- nients. En effet le rendement d'absorption des gaz d'échappement par le calcium contenu dans le récipient est relativement faible Il est donc nécessaire de disposer dans le récipient une importante quantité de calcium, ce qui augmente le poids et l'encombrement. De plus, la durée du préchauffage est trop longue pour certaines applications militaires. 2 - La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a pour objet un dispositif laser chimique, comportant une enceinte laser comprenant une chambre de combustion et une cavité laser en communication entre elles, des moyens commandables pour introduire dans l'enceinte des fluides réactifs par des vannes d'admission, la cavité comportant un passage de sortie des gaz d'échappement, un récipient relié à l'enceinte par le passage de sortie et contenant au moins une pièce d'absorption des gaz d'échappement, cette pièce comportant du calcium et des moyens pour introduire de l'oxygène dans le récipient, caractérisé en ce que l'enceinte laser étant sous vide les vannes d'admission étant fermées, la pièce d'absorption des gaz d'échappement comporte un matériau poreux disposé entre deux toiles métalliques et formé d'un mélange homo- gène dudit calcium et de fibres de verre, les moyens pour introduire l'oxygène comportent un réservoir relié au récipient par une vanne de liaison fermée et qu'il comporte en outre des moyens pour commander l'ouverture de la vanne de liaison, un manomètre à seuil disposé pour mesurer la pression d'oxygène dans le réservoir et capable de délivrer un signal lorsque cette pression est inférieure à un seuil prédéterminé et un circuit de commande relié aux vannes d'admission et au manomètre, et capable de commander l'ouverture des vannes d'admission lorsqu'il reçoit ledit signal. Une forme particulière de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple, en regard des dessins annexés, dans lesquels la figure 1 représente schématiquement, partiellement en coupe longi- tudinale, un mode de réalisation du dispositif laser chimique selon l'invention et la figure 2 représente dans l'espace un disque d'absorption faisant partie du dispositif illustré par la figure 1. Le dispositif représenté sur la figure 1 comporte une enceinte laser 1 comprenant une chambre de combustion 2 et une cavité laser 3 disposée entre deux miroirs opposés 4 et 5, le miroir 5 étant partiel- lement transparent La chambre 2 et la cavité 3 sont en communication l'une avec l'autre à travers des tuyères 6. Des réservoirs de gaz d'alimentation 7, 8, 9, 10, dont les sorties sont commandées respectivement par des électrovannes 11, 12, 13 et 14 sont disposés à l'entrée de l'enceinte laser 1 La paroi de l'enceinte comporte d'autre part un orifice 15 relié à une vanne 16. La cavité laser 3 comporte un passage 18 de sortie de gaz, mettant en communication, à travers une vanne 19, les volumes internes de la cavité 3 et d'un récipient métallique 20, de forme cylindrique L'ori- fice 15 peut être situé par exemple sur la paroi du passage 18. La paroi du récipient 20 comporte un orifice 25 relié à un réser- voir d'oxygène 26 à travers une électrovanne 27 alimentée par un circuit électrique 28 Le réservoir 26 est muni d'une jauge de pression 29 connectée à l'entrée d'un manomètre à seuil 30 dont la sortie est reliée aux électrovannes 11 à 14 à travers un circuit de commande à relais 31. Des pièces d'absorption de gaz 32 à 35 sont disposées à l'intérieur du récipient 20 Chacune de ces pièces a la forme d'un disque présentant une ouverture centrale Ces disques sont fixés sur la paroi interne du récipient, de manière que l'axe 36 d'injection des gaz d'échappement dans le récipient 20 à travers la vanne 19 coupe perpendiculairement les disques au centre de leur ouverture De plus, comme il est visible sur la figure, la section des ouvertures centrales des disques décroît en fonc- tion de la distance du disque à la vanne 19 commandant le passage 18. La figure 2 représente dans l'espace, partiellement en coupe, une des pièces d'absorption de gaz, le disque 34 On voit que ce disque comporte un cadre extérieur 37 et un cadre intérieur 38 Sur les cadres 37 et 38 sont fixées par soudage deux toiles métalliques 39 et 40 paral- lèles entre elles qui peuvent être réalisées, comme les cadres 37 et 38 en acier inoxydable. Entre les toiles 39 et 40, est disposé un matériau poreux 41 formé d'un mélange homogène de calcium et de fibres de verre. Ce matériau est réalisé à partir d'une poudre de calcium obtenue par un procédé connu de dissolution de calcium dans de l'ammoniac liquide anhydre et évaporation sous vide Cette poudre est mélangée à des fibres de verre et comprimée entre les deux toiles métalliques Les pièces d'absorption ainsi réalisées sont très poreuses et présentent une bonne tenue mécanique. La disposition des pièces d'absorption de gaz dans le récipient 20 est réalisée au préalable sous une atmosphère d'argon, à l'aide d'une boîte à gant Puis on fixe le récipient à la sortie de la cavité laser, la vanne 19 étant fermée. On fait ensuite le vide dans l'enceinte 1, par pompage à travers l'orifice 15 et la vanne 16 ouverte, à l'aide d'une pompe annexe Enfin la vanne 16 étant fermée, on ouvre la vanne 19 pour faire le vide dans le récipient 20 Le dispositif laser prêt à fonctionner est installé par exemple à bord d'un avion. L'ordre de tir laser est transmis au circuit 28, de façon a déclen- cher immédiatement l'ouverture de l'électrovanne 27 L'oxygène contenu dans le réservoir 26 se répand à l'intérieur du récipient 20 et réagit violemment avec le calcium des pièces d'absorption 32 à 35 Cette réac- tion dégage de la chaleur qui porte très rapidement la température de ces pièces à une valeur de 300 à 400 C, suffisante pour qu'elles soient capable d'absorber les gaz d'échappement du laser Dès que l'électro- vanne 27 est ouverte, la pression d'oxygène baisse dans le réservoir 26. Le manomètre à seuil 30 est capable d'émettre un signal lorsque la pres- sion d'oxygène mesurée à l'aide de la jauge 29 descend au-dessous d'un seuil prédéterminé Ce seuil est déterminé de façon qu'il soit atteint lorsque la température des pièces d'absorption 32 à 35 est de l'ordre de 300 à 4000 C Le signal est reçu par le circuit à relais 31 qui commande alors l'ouverture des électrovannes 11 à 14 d'alimentation du laser en gaz réactifs, déclenchant ainsi le fonctionnement du laser. Ce laser est par exemple un laser à acide fluorhydrique deutéré DF Dans ce cas les réservoirs 7, 8 et 9 contiennent respecti- vement de l'hydrogène, du fluor et un gaz neutre tel que l'azote Le mélange de ces gaz est injecté dans la chambre de combustion 2 de façon à produire des atomes libres de fluor qui pénètrent dans la cavité laser 3. Le réservoir 10 contient du deutérium qui est injecté directement dans la cavité 3 au niveau des tuyères 6 dès l'ouverture de l'électro- vanne 14 Les atomes libres de fluor se combinent aux molécules de deuté- rium injectées dans la cavité pour former des molécules DF excitées qui provoquent la formation d'un faisceau laser sortant de la cavité par le miroir 5 Les gaz d'échappement de ce laser qui comprennent de l'azote, du deutérium, de l'acide fluorhydrique et de l'acide fluorhydrique deu- téré traversent la vanne 19 ouverte et sont absorbés par les pièces d'absorption 32 à 35 portées à leur température d'absorption comme il a été dit plus haut. La quantité d'oxygène stockée dans le réservoir 26 est déterminée pour n'échauffer que superficiellement les disques d'absorption, le fonctionnement du laser étant déclenché automatiquement lorsque la sur- face des disques atteint la température d'absorption des gaz d'échappe- ment. La réaction de l'oxygène sur le calcium consomme une partie de celui-ci La quantité de calcium disposée dans le récipient 20 est déterminée pour qu'il en reste suffisamment, après cette réaction, pour assurer l'absorption des gaz d'échappement du laser pendant toute la durée de son fonctionnement. Grâce à la structure poreuse du matériau à base de calcium contenu dans les pièces d'absorption, le rendement d'absorption est très élevé, les gaz étant absorbés dans le volume total de ce matériau Les fibres de verre donnent au matériau poreux une rigidité suffisante pour s'opposer, pendant l'absorption, aux contractions qui pourraient limiter la capa- cité d'absorption des pièces poreuses. A titre indicatif, pour un laser DF délivrant une puissance de sortie de 30 à 40 watts pendant 10 secondes, avec un débit de gaz de 30 millimoles par seconde à une pression inférieure à 5 torrs, les pièces d'absorption peuvent contenir 120 grammes de calcium et 12 grammes de fibres de verre, l'épaisseur des disques étant de l'ordre de 10 mm et la surface active totale de 1300 cm 2 L'oxygène est stocké dans un réser- voir de 0,7 litre sous une pression de 1,1 bar Le seuil du manomètre est réglé à 2 mbars. Dans ces conditions, le temps de réponse global entre l'ordre de tir et le fonctionnement effectif du laser est de 0,9 seconde Ce temps se décompose ainsi. -6- Temps d'ouverture de l'électrovanne 27 0,05 s Abaissement de la pression d'oxygène à 2 mbars 0,4 s Temps d'ouverture des électrovannes 11 à 14 0,15 s Arrivée des gaz dans l'enceinte laser et fonctionnement 0,3 s Le laser chimique selon la présente invention peut être appliqué notamment au brouillage ou à l'aveuglement de missiles. -7- REVENDICATIONS 1/ Dispositif laser chimique comportant une enceinte laser comprenant une chambre de combustion et une cavité laser en communication entre elles, des moyens commandables pour introduire dans l'enceinte des fluides réactifs par des vannes d'admission, la cavité comportant un passage de sortie des gaz d'échappement, un récipient relié à l'enceinte par le Dassage de sortie et contenant au moins une pièce d'absorption des gaz d'échappement, cette pièce comportant du calcium et des moyens pour introduire de l'oxygène dans le récipient, caractérisé en ce que l'enceinte laser ( 1) étant sous vide, les vannes d'admission ( 11 à 14) étant fermées, la pièce ( 32 à 35) d'absorption des gaz d'échappement comporte un matériau poreux ( 41) disposé entre deux toiles métalliques ( 39, 40) et formé d'un mélange homogène dudit calcium et de fibres de verre, les moyens pour introduire l'oxygène comportent un réservoir ( 26) relié au récipient ( 20) par une vanne de liaison ( 27) fermée et qu'il comporte en outre * des moyens ( 28) pour commander l'ouverture de la vanne de liai- son ( 27), un manomètre à seuil ( 30) disposé pour mesurer la pression d'oxygène dans le réservoir ( 26) et capable de délivrer un signal lorsque cette pression est inférieure à un seuil prédéterminé et un circuit de commande ( 31) relié aux vannes d'admission ( 11 à 14) et au manomètre ( 30), et capable de commander l'ouverture des vannes d'admission ( 11 à 14) lorsqu'il reçoit ledit signal. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce d'absorption ( 34) a la forme d'un disque présentant une ouverture cen- trale, ce disque étant fixé dans le récipient ( 20) de manière que l'axe ( 36) d'injection des gaz d'échappement dans le récipient à travers ledit passage ( 18) coupe perpendiculairement le disque ( 34) au centre de son ouverture. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, le réser- voir contenant plusieurs pièces d'absorption ( 32 à 35) ayant la forme 8 - d'un disque, les ouvertures centrales des disques ont des sections dé- croissantes en fonction de la distance du disque audit passage de sor- tie ( 18).