ЦЕЗИЕВАЯ ЛАМПА С ДВУМЯ ЛЕЙКОСАПФИРОВЫМИ ОБОЛОЧКАМИ

Полезная модель относится к газоразрядным лампам (ГРЛ) с плазмообразующей средой на основе цезия, которые используются в качестве излучающего элемента в составе блока формирования некогерентного модулированного по амплитуде инфракрасного (ИК) излучения установленного на борту летательного аппарата (ЛА) устройства, предназначенного для формирования в окружающем ЛА пространстве активной имитирующей помехи для защиты от поражающего воздействия управляемых ракет с ИК головками самонаведения.
Излучающий элемент такого устройства является его основным функциональным элементом, поскольку именно он определяет временную структуру помехового излучения, обеспечивает необходимый уровень пиковой силы излучения в заданном интервале оптического спектра и глубину модуляции излучения.
Наиболее эффективным на сегодня излучающим элементом такого аппаратурного назначения можно считать цезиевую лампу с двумя лейкосапфировыми оболочками [1]. Конструктивно такая ГРЛ представляет собой наполненную плазмообразующей средой на основе цезия разрядную горелку с прямой трубчатой оболочкой из лейкосапфира, установленную соосно с образованием заполненного неоном кольцевого зазора во внешней оболочке из лейкосапфира, на противоположных концах которой установлены токовводы [2].
Интенсивность излучения ГРЛ с плазмообразующей средой на основе цезия в ИК диапазоне является функцией температуры плазмы, в которой осуществляется электрический разряд, что приводит к нагреванию оболочек ГРЛ, и, следовательно, генерируемое ГРЛ излучение содержит как модулированную составляющую, источником которой является плазмообразующая среда, так и смодулированную составляющую, источником которой являются оболочки из лейкосапфира.
Глубина модуляции ИК излучения ГРЛ с цезиевым наполнением определяется соотношением величин модулированной и немодулированной составляющих излучения, причем глубина модуляции тем выше, чем меньше величина немодулированной составляющей излучения при неизменной величине модулированной составляющей излучения. Очевидно, что с учетом аппаратурного применения цезиевой лампы с двумя лейкосапфировыми оболочками необходимо обеспечить снижение немодулированной составляющей ее излучения при сохранении заданной величины пиковой силы модулированной составляющей излучения. Обычно снижение немодулированной составляющей излучения ГРЛ с цезиевым наполнением осуществляется за счет принудительного воздушного охлаждения путем продольного обдува ее внешней оболочки [3]. Указанная система принудительного воздушного охлаждения ГРЛ с цезиевым наполнением содержит установленный в заэлектродной зоне ГРЛ блок формирования воздушного потока вдоль участка наружной поверхности внешней оболочки, соответствующего межэлектродному промежутку ГРЛ. Такая конструкция системы охлаждения обеспечивает эффективный теплосъем с внешней оболочки ГРЛ только при условии достаточно высокой скорости продольного обдува при сохранении ламинарности воздушного потока, который прилегает к наружной поверхности внешней оболочки ГРЛ. Очевидно, что увеличение пиковой силы модулированной составляющей ИК излучения за счет увеличения электрической нагрузки на ГРЛ при заданной величине глубины модуляции возможно только за счет увеличения расхода охлаждающего воздуха, что, как правило, ведет к увеличению энергопотребления блоком формирования воздушного потока и его массогабаритных показателей, а это совершенно недопустимо с учетом аппаратурного назначения ГРЛ.
Известна предназначенная для использования в составе бортового устройства формирования активной имитирующей помехи цезиевая лампа с двумя лейкосапфировыми оболочками, струкция которой обеспечивает уменьшение доли немодулированной составляющей генерируемого ГРЛ ИК излучения. Особенность конструкции такой ГРЛ, выбранной в качестве прототипа [4], состоит в том, что толщина внешней оболочки на части боковой поверхности, соответствующей межэлектродному промежутку ГРЛ, максимально минимизирована с учетом аппаратурного применения лампы, а концевые участки внешней оболочки снабжены наружными осесимметричными утолщениями, по части боковой поверхности каждого из которых выполнен спай с герметизирующим элементом соответствующего токоподвода. Такая геометрия наружной поверхности внешней оболочки ГРЛ обеспечивает снижение величины немодулированной составляющей генерируемого ИК излучения при обеспечении заданного уровня пиковой силы излучения и сохранении механической прочности внешней оболочки в зонах спая с герметизирующими элементами соответствующих токоподводов.
Следует, однако, отметить, что конструкция образующих любое устройство элементов, или, по крайней мере, одного из них, требует доработки с целью обеспечения их эффективного совместного функционирования. В данном случае геометрия наружней поверхности внешней оболочки цезиевой лампы с двумя лейкосапфировыми оболочками не должна влиять на ламинарность охлаждающего лампу воздушного потока, поскольку при преобразовании ламинарного потока в турбулентный уменьшается эффективность теплосъема с внешней оболочки лампы. Кроме того, наличие турбулентности в охлаждающем воздушном потоке неминуемо приводит к появлению градиентов температуры вдоль наружной поверхности внешней оболочки, что может привести к ее разрушению, поскольку лейкосапфир крайне чувствителен к градиенту температуры [1].
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в исключении вероятности нарушения ламинарности охлаждающего внешнюю оболочку ГРЛ воздушного потока.
Технический результат, ветственно, заключается в увеличении глубины модуляции генерируемого цезиевой лампой с двумя лейкосапфировыми оболочками излучения при сохранении величины энергопотребления на принудительное воздушное охлаждение лампы.
Заявляемая цезиевая лампа с двумя лейкосапфировыми оболочками, как и ГРЛ, выбранная в качестве прототипа, снабжена внешней оболочкой, концевые участки которой вне зоны соответствующей разрядному промежутку снабжены наружными осесимметричными утолщениями, по части боковой поверхности каждого из которых выполнен спай с герметизирующим элементом соответствующего токоподвода.
Отличие заявляемой ГРЛ от прототипа состоит в том, что боковой поверхности каждого из концевых осесимметричных утолщений внешней оболочки вне зоны спая с герметизирующим элементом соответствующего токоподвода придана форма прямого усеченного конуса, примыкающего большим основанием к наружной поверхности внешней оболочки в зоне спая с герметизирующим элементом, а меньшим основанием - к наружной поверхности внешней оболочки в зоне, соответствующей межэлектродному промежутку лампы.
На фиг.1 приведено схематическое изображение варианта конкретного исполнения заявляемой цезиевой лампы с двумя лейкосапфировыми оболочками.
ГРЛ содержит заполненную плазмообразующей средой на основе цезия разрядную горелку с оболочкой из лейкосапфира 1, на противоположных концах которой установлены электродные узлы (на фиг.1 не обозначены). Горелка 1 установлена соосно с образованием заполненного неоном кольцевого зазора 2 во внешней оболочке 3, выполненной из лейкосапфира. На противоположных концах внешней оболочки 3 посредством спаев 4 с наружной поверхностью концевых участков оболочки 3 установлены герметизирующие элементы 5 соответствующих токоподводов. В ном конкретном случае наружная верхность внешней оболочки 3 в зоне спая 4 (участок АВ наружной поверхности внешней оболочки 3 в зоне утолщения АС) и в зоне, соответствующей межэлектродному промежутку разрядной горелки 1 ограничена цилиндрическими поверхностями, примыкающими через поверхность в виде прямого усеченного конуса (участок ВС наружной поверхности внешней оболочки 3 в зоне утолщения АС), причем диаметр большего основания конусной поверхности соответствует диаметру наружной поверхности внешней оболочки 3 в зоне спая 4, а диаметр меньшего основания конусной поверхности соответствует диаметру наружной поверхности внешней оболочки 3 в зоне, соответствующей межэлектродному промежутку разрядной горелки 1.
Локальное охлаждение внешней оболочки 3 ГРЛ в составе блока формирования некогерентного модулированного по амплитуде ИК излучения осуществляется путем продува атмосферного воздуха вдоль наружной поверхности внешней оболочки 3, геометрия которой обеспечивает плавный переход от участка наружной поверхности с большим диаметром к меньшему.
Таким образом, предлагаемая конструкция ГРЛ сводит вероятность возникновения турбулентности в охлаждающем воздушном потоке к минимуму и, соответственно, обеспечивает сохранение ламинарности охлаждающего воздушного потока вдоль наружной поверхности внешней оболочки без увеличения расхода охлаждающего воздуха, требующего увеличения величины энергопотребления блоком формирования воздушного потока.
Промышленная применимость заявляемой конструкции цезиевой лампы с двумя лейкосапфировыми оболочками подтверждается возможностью его многократного воспроизведения в процессе производственного изготовления. Заявленная ГРЛ разработана для серийного производства с использованием стандартного оборудования, современных технологий и комплектации.
Литература:
1. Гавриш С.В. Разработка и исследование импульсных источников ИК излучения с разрядом в парах цезия: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., 2005.
2. Светотехника, 2008, №2, с.12.
3. Патент РФ на ПМ №56718, 10.09.2006 Бюл.№25.
4. Патент РФ на ПМ №103669, 20.04.2011 Бюл.№11.