ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР

Полезная модель относится к квантовой электронике и, в частности, к газовым лазерам, которые могут быть использованы в различных областях народного хозяйства для технологических целей.
Известен газодинамический лазер, содержащий турбореактивный двигатель с компрессором, источники рабочих - газов в виде баллонов, камеру сгорания, сопловой блок, оптический резонатор, диффузор и систему охлаждения [патент США №4320358, НКИ 372-90, 16.03.1982].
Недостатком известного устройства является отсутствие мобильности, что связано в первую очередь со сложностью системы охлаждения, в которой используется жидкий азот в качестве хладагента.
Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату является газодинамический лазер, содержащий двигатель с компрессором, соединенным с входом камеры сгорания, сопловой блок, оптический резонатор со сверхзвуковыми соплами, диффузор и систему охлаждения [Патент РФ №2176120, «Газодинамический лазер», авторы Аполлонов В.В. и др., МКИ H 01 S 3/0953, H 01 S 3/22, опубл. 2001.11.20, БИ №32].
Недостатками данного технического решения являются использование для получения рабочей смеси газов продуктов сгорания двигателя, что приводит к неравномерности состава рабочей смеси газов и быстрому загрязнению газодинамического тракта, а также низкие экологические показатели работы устройства за счет выброса продуктов сгорания рабочей смеси в атмосферу.
Техническим результатом является повышение стабильности подачи состава газовой смеси.
Технический результат достигается тем, что в газодинамический лазер, содержащий двигатель с компрессором, сопловой блок, соединенный с оптическим резонатором и диффузором, и систему охлаждения, соединенную одновременно с сопловым блоком, резонатором и диффузором, дополнительно установлены предсопловая камера и механический преобразователь, который состоит из корпуса, а по горизонтальной оси вращения проходит вал, на котором закреплена крыльчатка и совместно с валом размещена в стакане, который в свою очередь жестко закреплен к вертикальной перегородке корпуса преобразователя, причем у перегородки выполнены отверстия по периферии и центру, а вал газодинамического лазера жестко соединен с валом преобразователя, выход которого соединен с одним из входов предсопловой камеры, другой ее вход соединен с устройством выхлопных газов, а выход соединен с входом диффузора, выход которого соединен со входом компрессора, образуя замкнутый газодинамический тракт, а система охлаждения дополнительно соединена с предсопловой камерой.
На фиг.1 показана структурная схема газодинамического лазера.
На фиг.2 показана принципиальная схема теплогенератора.
Газодинамический лазер содержит двигатель 1, компрессор 2, сопловый блок 3 оптический резонатор 4, диффузор 5, систему охлаждения 6, механический преобразователь 7, предсопловую камеру 8 и источник рабочих газов 9, причем механический преобразователь 7 состоит из корпуса, в котором расположены вал 10, крыльчатка 11, стакан 12, вертикальная перегородка 13 с периферийными отверстиями 14 и центральным отверстием 15.
Газодинамический лазер работает следующим образом.
Из баллонов предсопловой камеры 8 газовый тракт наполняется рабочей смесью газов заданного состава и давления. При работе двигателя 1 вращение его вала передается на компрессор 2, который сжимает рабочую газовую смесь. От вала компрессора 2 вращение передается на
жестко соединенный вал 15 механического преобразователя 7 и на установленную на валу крыльчатку 11 механического преобразователя 7. Вращение крыльчатки 11 создает дополнительное избыточное давление рабочей газовой смеси, находящейся в стакане 12. При этом избыточного давления вне стакана 12 и в предсопловой камере 8 нет, кроме как обеспечиваемого компрессором 2. При прохождении через центральное отверстие 15 в вертикальную перегородку 13 механического преобразователя 7 рабочая газовая смесь разогревается: механическая энергия вращения переходит во внутреннюю энергию рабочей смеси газа. Затем часть рабочей смеси, проходя вертикальную перегородку 13 через отверстия на периферии 14, опять попадает на крыльчатку 11 и процесс повторяется. Другая часть устремляется далее по газодинамическому тракту и попадает в предсопловую камеру 8. Рабочая смесь газов проходит через сопловой блок 3, состоящий из сверхзвуковых сопел, где подвергается адиабатическому расширению, в результате чего в газовом потоке создается инверсия населенности и из оптического резонатора 4, поперек газового потока, выводится излучение, которое используется для технологических целей. Затем рабочая смесь газов поступает в диффузор 5, где тормозится до дозвуковой скорости с повышением статического давления и вновь подается на вход компрессора 2. В процессе работы проводится отвод тепла системой охлаждения 6 от предсопловой камеры 8, соплового блока 3, состоящего из сверхзвуковых сопел, оптического резонатора 4 и диффузора 5. Через некоторое время наступает баланс между тепловыми потерями рабочей смеси газов и подводом механической энергии вращения вала двигателя. При этом температура рабочей смеси газов стабилизируется и газодинамический лазер выходит на стационарный режим работы. При необходимости часть рабочей смеси газов обновляется из источника рабочих газов 9.
Мощность газодинамического лазера можно изменять изменением мощности двигателя, изменением степени сжатия и расхода компрессора,
изменением степени подогрева теплогенератором, изменением состава и массы рабочей смеси, находящейся в газодинамическом тракте, изменением конфигурации соплового блока, изменением добротности резонатора и геометрии диффузора.
Использование предлагаемого газодинамического лазера позволит обеспечить повышение стабильности подачи состава газовой смеси, а также улучшит экологические показатели работы устройства.