ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ ОКНО (ШЛЮЗ) ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА

ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ ОКНО (ШЛЮЗ) ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА


RU (11) 2169975 (13) C2

(51) 7 H01S3/02 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 99119567/28 
(22) Дата подачи заявки: 1999.09.10 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 1999.09.10 
(45) Опубликовано: 2001.06.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Ефремов Н.Н., Тихонов Б.А. Экспериментальное исследование газодинамических окон газовых лазеров. Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. N2, с.193, 1977. EP 0277338 A2, 10.08.1988. US 3873939 A, 25.03.1975. US 3973218 A, 03.08.1976. US 5153893 A, 06.10.1992. 
(71) Заявитель(и): Закрытое акционерное общество "Тепловые Экологичные Технологии" 
(72) Автор(ы): Благов В.В.; Евсеев Г.А. 
(73) Патентообладатель(и): Закрытое акционерное общество "Тепловые Экологичные Технологии" 
Адрес для переписки: 125438, Москва, ул. Онежская, 8-10, ЗАО "ТЭТ", Евсееву А.Г. 

(54) ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЕ ОКНО (ШЛЮЗ) ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА 

Область применения изобретения - лазерная техника. Газодинамическое окно (шлюз) содержит плоские сопло и диффузор. Стенка сопла со стороны оптического резонатора выполнена плоской, а со стороны атмосферы выполнена профилированной с меньшим числом Маха на выходе, чем у плоской стенки. Стенка входного участка диффузора со стороны оптического резонатора составляет с набегающим потоком и со стенкой основного канала угла меньше углов поворота потока в скачке уплотнения с критическим перепадом давления при взаимодействии скачка с пограничным слоем струи у стенки и с пограничным слоем на стенке соответственно. Технический результат изобретения: обеспечение оптического совершенства и высокая экономичность газодинамического окна (шлюза) при выводе в атмосферу лазерного луча, например газодинамического CO2-лазера. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при создании газодинамического окна (шлюза) для вывода в атмосферу лазерного излучения, например газодинамического CO2-лазера.

Известно газодинамическое окно (шлюз) газового лазера (см. Технологические лазеры. Справочник в двух томах. Под ред. Г.А. Абильсиитова, т. 1. М.: Машиностроение, 1991 ; Андерсон Дж. Газодинамические лазеры. М.: Мир, 1979). Известно газодинамическое окно (шлюз) газового лазера (см. Ефремов Н.Н., Тихонов Б. А. Экспериментальное исследование газодинамических окон газовых лазеров. Известия АН СССР, Механика жидкости и газа, 1977, N 2), взятое в качестве прототипа и содержащее плоское сопло, создающее в апертуре окна сверхзвуковую струю, внешняя граница которой расположена со стороны атмосферы, а внутренняя - со стороны полости оптического резонатора, и принимающий струю плоский диффузор.

Недостатки указанного газодинамического окна (шлюза) газового лазера заключаются в том, что оно не обеспечивает оптического совершенства шлюза (минимальные и корректируемые искажения луча) при его высокой экономичности (отношение Gс/Gа расхода газа через сопло шлюза к расходу воздуха, который натекал бы из атмосферы в резонатор через апертуру шлюза при отключенном сопле) и не обеспечивает получения низкого давления в полости оптического резонатора, так как используются плоские клиновидные сопла и диффузор с прямолинейными плоскими стенками. В этом случае образуемое струей, вытекающей из сопла, поле плотности в апертуре шлюза вызывает искажение фронта плоской волны лазерного излучения за шлюзом типа "клин" в начале струи и сложное искажение ниже по потоку. Такое искажение практически нельзя исправить внешней оптикой. Можно ограничиться использованием для вывода в атмосферу лазерного излучения лишь начальной части струи, где реализуется искажение типа "клин", которое легко исправляется внешней оптикой, но при этом необходимо при заданной апертуре увеличить размер выхода сопла и, соответственно, увеличить расход газа через сопло (в два раза и более), т.е. снизить экономичность шлюза. Использование диффузора шлюза с плоскими прямолинейными стенками приводит к необходимости увеличивать проходное сечение диффузора (в 2,5. ..3,5 раза больше площади выхода сопла). При этом ухудшается восстановление давления в диффузоре, что не позволяет получить в полости оптического резонатора необходимое низкое давление.

В основу изобретения поставлена задача разработать газодинамическое окно (шлюз) газового лазера для вывода в атмосферу лазерного излучения, свободное от указанных выше недостатков и обеспечивающее его оптическое совершенство и высокую экономичность.

Поставленная цель достигается тем, что в газодинамическом окне (шлюзе) газового лазера, содержащем плоское сопло, создающее в апертуре окна сверхзвуковую струю, внешняя граница которой расположена со стороны атмосферы, а внутренняя - со стороны полости оптического резонатора, и принимающий струю плоский диффузор, стенка сопла со стороны полости оптического резонатора выполнена плоской с минимальной длиной, обеспечивающей максимальное заданное число Маха Мр, а стенка сопла со стороны атмосферы выполнена профилированной с числом Маха на выходе сопла, меньшим Mр. Стенка входного участка диффузора со стороны полости оптического резонатора (нижняя стенка) составляет с набегающим потоком угол меньше угла Aкр и с нижней стенкой основного канала диффузора угол меньше угла Bкр, где Aкр и Bкр - углы поворота потока в скачке уплотнения с критическим перепадом давления при взаимодействии скачка с пограничным слоем струи у нижней стенки и пограничным слоем на нижней стенке соответственно. Длина нижней стенки входного участка диффузора выполнена не менее длины области роста давления в скачке уплотнения, возникающем при набегании струи на нижнюю стенку.

Сопло шлюза, предложенное в техническом решении и обеспечивающее на выходе сопла истечение с переменным значением числа Маха, от Мр у плоской стенки до меньшего чем Мр значения у профилированной стенки, позволяет получить практически симметричное, близкое к квадратичному распределение искажения фронта плоской волны излучения за шлюзом при высокой экономичности шлюза. Такое искажение может быть исправлено относительно простыми оптическими средствами, например постановкой цилиндрической линзы с соответствующим фокусным расстоянием.

Восстановление давления в диффузоре определяется восстановлением давления у его нижней стенки, где существенно (на порядок) ниже статическое давление. При использовании предложенного сопла шлюза струя на входе в диффузор со стороны внешней и внутренней границ наклонена под значительно различающимися углами (15o и более). Поэтому необходимо, чтобы геометрия входного участка диффузора обеспечивала безотрывное течение у нижней стенки диффузора.

Диффузор, предложенный в техническом решении, позволяет получить в нем безотрывное течение при меньших проходных сечениях, как следствие, улучшить восстановление давления в диффузоре и получить более низкое давление в полости оптического резонатора.

Таким образом, обеспечивается оптическое совершенство газодинамического окна (шлюза) газового лазера при высокой его экономичности (Gс/Gа<1).

Газодинамическое окно (шлюз) газового лазера (фиг. 1) содержит плоское сопло, создающее в апертуре окна сверхзвуковую струю 1, внешняя граница 2 которой расположена со стороны атмосферы, а внутренняя 3 - со стороны полости оптического резонатора, и принимающий струю плоский диффузор. Стенка 4 сопла со стороны полости оптического резонатора выполнена плоской с минимальной длиной, обеспечивающей максимальное заданное число Маха Мр), а стенка 5 сопла со стороны атмосферы выполнена профилированной с числом Маха на выходе сопла меньшим Мр. Стенка 6 входного участка диффузора со стороны полости оптического резонатора (нижняя стенка) составляет с набегающим потоком угол A меньше угла Aкр и с нижней стенкой 7 основного канала диффузора угол В меньше угла Bкр, где Aкр и Bкр - углы поворота потока в скачке уплотнения с критическим перепадом давления при взаимодействии скачка (фиг. 2) с пограничным слоем 8 струи 1 у нижней стенки и пограничным слоем на нижней стенке соответственно. Длина нижней стенки 6 входного участка диффузора выполнена не менее длины S области роста давления 9 в скачке уплотнения, возникающем при набегании струи 1 на нижнюю стенку. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Газодинамическое окно (шлюз) газового лазера, содержащее плоское сопло, создающее в апертуре окна сверхзвуковую струю, внешняя граница которой расположена со стороны атмосферы, а внутренняя - со стороны полости оптического резонатора, и принимающий струю плоский диффузор, отличающееся тем, что стенка сопла со стороны полости оптического резонатора выполнена плоской с минимальной длиной, обеспечивающей максимальное заданное число Маха Мр, а стенка сопла со стороны атмосферы выполнена профилированной с числом Маха на выходе сопла меньшим Мр, стенка входного участка диффузора со стороны полости оптического резонатора (нижняя стенка) составляет с набегающим потоком угол А меньше угла Акр и с нижней стенкой основного канала диффузора угол В меньше угла Вкр, где Акр и Вкр - углы поворота потока в скачке уплотнения с критическим перепадом давления при взаимодействии скачка с пограничным слоем струи у нижней стенки и с пограничным слоем на нижней стенке соответственно, длина нижней стенки входного участка диффузора выполнена не менее длины области роста давления в скачке уплотнения, возникающем при набегании струи на нижнюю стенку.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru