РАЗРЯДНЫЙ ИСТОЧНИК МОДУЛИРОВАННОГО ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к разрядным источникам оптического диапазона на основе электрического разряда в парах щелочных металлов, в частности в парах цезия, которые могут использоваться в качестве источника модулированного инфракрасного (ИК) излучения в системе активной защиты летательного аппарата от поражающего воздействия управляемых ракет с инфракрасными головками самонаведения.
Основными излучательными характеристиками таких источников излучения является пиковая сила излучения в инфракрасном диапазоне и глубина модуляции излучения, причем пиковая сила излучения должна существенно (до 10 раз) превосходить собственное тепловое излучение летательного аппарата при глубине модуляции не менее 95%.
Теоретические оценки показывают, что изменение средней температуры разряда примерно в 2,0-2,5 раза приводит к изменению интенсивности излучения плазмы разряда в 30÷40 раз, и, следовательно, наиболее эффективным путем увеличения пиковой силы излучения разрядного источника излучения является повышение его электрической мощности. При этом температура оболочки горелки источника достигает температуры 1100÷1200°С и требует интенсивного принудительного охлаждения. Следует отметить, что оболочки горелок разрядных источников излучения с цезиевым наполнением изготавливаются исключительно из лейкосапфира, поскольку этот материал устойчив к воздействию щелочных металлов и обладает прозрачностью в ИК области спектра оптического излучения. Однако этот материал обладает особенностью, которая накладывает ограничение на его использование в качестве разрядной оболочки. Лейкосапфир имеет высокий коэффициент теплового расширения и, следовательно, восприимчив к термоударам. Таким образом, использование прямого принудительного охлаждения разрядной горелки воздушным потоком, обладающим определенной нестабильностью, недопустимо.
Для снятия тепловых нагрузок с оболочки горелки в разрядном источнике излучения с цезиевым наполнением применяется внешняя термостатирующая оболочка из лейкосапфира, а полость между оболочками заполняется газом-теплоносителем, т.е. газом, который обладает высоким коэффициентом теплопроводности, например неоном, что позволяет существенно снизить температуру внутренней оболочки при использовании принудительного воздушного охлаждения наружной оболочки [1]. Следует отметить, что несмотря на существенное снижение температуры оболочки горелки ее температура остается выше температуры внешней оболочки, что приводит к большему линейному расширению оболочки разрядной горелки по отношению к внешней оболочке.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой разрядной лампе является разрядная лампа [2], содержащая наполненную излучающим веществом горелку, установленную с возможностью осевого перемещения в прозрачную к ИК излучению разряда внешнюю трубчатую оболочку, герметично спаянную с металлическими колпачками, внутри которых установлены выводы соответствующих электродных узлов горелки. Конструкция выводов электродных узлов горелки обеспечивает возможность осевого перемещения линейно расширяющейся оболочки горелки внутри внешней оболочки так, что при этом в оболочках не образуются механические напряжения и сохраняется надежный электрический контакт электродных узлов горелки с токоподводами разрядной лампы.
Повышение пиковой силы излучения разрядной лампы за счет увеличения мощности разряда приводит к увеличению удельной нагрузки на оболочку лампы, причем по величине максимальной удельной нагрузки можно объективно судить о достигаемой пиковой силе излучения, которую обеспечивает та или иная конструкция разрядной лампы при прочих равных условиях.
Установлено, что достижение максимальной удельной нагрузки разрядной лампы с цезиевым наполнением при прочих равных условиях обеспечивается при уменьшении зазора между оболочкой горелки и внешней оболочкой в зоне разряда. Так, в работе [3] приводятся данные, что уменьшение зазора с
0,51 мм до 0,13 мм позволяет увеличить значение максимальной удельной нагрузки на лампу в 4 раза.
Особенность конструкции, выбранной в качестве прототипа, состоит в том, что зазор между трубчатыми оболочками разрядной лампы обеспечивается за счет центрирующей двухступенчатой втулки, что не позволяет создать достаточно малый зазор, т.к. сумма допусков на размеры трех сочленяемых путем пайки деталей превышает 0,1 мм.
Таким образом, недостаток конструкции разрядной лампы, выбранной в качестве прототипа, заключается в принципиальной невозможности повышения пиковой силы излучения лампы за счет повышения мощности разряда при сохранении ее долговечности (ресурса).
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении пиковой силы излучения разрядного источника модулированного ИК излучения при сохранении его долговечности.
Заявляемый разрядный источник модулированного ПК излучения, как и лампа, выбранная в качестве прототипа, содержит наполненную излучающим веществом, в данном случае цезием, термостатированную горелку, установленную в прозрачной к излучению разряда внешней трубчатой оболочке с возможностью осевого перемещения.
В отличие от прототипа у заявляемого разрядного источника излучения зазор между лейкосапфировыми оболочками обеспечивается за счет особой конфигурации оболочки горелки. Горелка выполнена с наружными осесимметричными утолщениями в каждой из заэлектродных зон, причем отношение наружного диаметра оболочки горелки к внутреннему диаметру внешней трубчатой оболочки в зоне одного утолщения составляет 1,0, а в зоне другого - 0,97...0,99.
На фиг.1 представлено схематическое изображение варианта конкретного исполнения заявляемого разрядного источника модулируемого ИК излучения.
Источник содержит горелку в составе оболочки 1 из лейкосапфира и электродных узлов 2 и 3, герметично установленных на ее противоположных
концах. Горелка установлена во внешней оболочке 4, выполненной также из лейкосапфира, причем оси оболочек 1 и 4 совпадает.
Оболочка 1 выполнена с наружными осесимметричными утолщениями 5 и 6 в каждой из заэлектродных зон горелки. Наружный диаметр одного утолщения (в данном конкретном случае - утолщение 5) равен внутреннему диаметру наружной оболочки 4, что обеспечивает жесткое соединение оболочек 1 и 4 в зоне контакта боковой поверхности утолщения 5 оболочки 1 с внутренней поверхностью оболочки 4. Утолщение 6 оболочки 1 выполнено так, что отношение его наружного диаметра к внутреннему диаметру оболочки 4 составляет 0,97...0,99. Электродные узлы 2 и 3 имеют электрический контакт с токовводами разрядного источника излучения 7 и 8, причем один из них - 2 жестко соединен (сварен) с токовводом 7, а другой - 3 соединен с токовводом 8 через контактный элемент 9, обеспечивающий возможность осевого перемещения оболочки 1 в оболочке 4. Внутренний объем горелки заполнен парами цезия, а зазор 10 между оболочками 1 и 4 - неоном.
Интенсивность ИК излучения зависит от температуры электрического разряда в парах цезия, которая является функцией мощности разрядного источника излучения, и, следовательно, уменьшение зазора между оболочками 1 и 4 обеспечивает увеличение интенсивности ИК излучения при сохранении условий охлаждения.
Следует заметить, что заявляемая форма оболочки горелки достигается за счет механической обработки трубчатой заготовки из лейкосапфира, что позволяет устранить поверхностные дефекты, являющиеся следствием условий ее выращивания (волнистость поверхности, инородные включения, пузыри и т.д.), что дополнительно улучшает оптическое пропускание оболочки горелки и, соответственно, пиковую силу излучения источника. Кроме того, малый зазор между оболочками 1 и 4 в зоне разряда ускоряет процесс термостабилизации при циклическом режиме работы источника излучения.
Промышленная применимость заявляемого решения определяется возможностью его многократного воспроизведения в процессе изготовления в условиях
производства с использованием стандартного оборудования, современных материалов и технологий.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Гавриш С.В., Гайдуков Е.Н., Константинов Б.А., Никифоров В.Г., Самодергин В.А. Разрядные источники инфракрасного излучения для специальных целей // Светотехника. - 1998. №3. - С.22-24.
2. Пат. РФ №1373228, H 01 j 61/34.
3. Пат. США №4506369, H 01 j 61/34.