Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
Инфракрасные нагреватели с излучателями из тугоплавких материалов изготавливаются из вольфрама и молибдена, температура плавления которых соответственно Гвол - 3653 К; Гмол - 2883 К. Основные преимущества таких излучателей перед силитовыми и графитовыми — их малая инерционность. С помощью этих излучателей возможно создание скоростей нагрева до нескольких сот градусов в се-
187
кунду. Рабочая температура излучателей из молибдена может дост*. гать 2200 К, а из вольфрама — 3300 К.
Характерной особенностью вольфрама и молибдена является я* высокая окисляемость на воздухе. Окисление на воздухе начинаете* при температуре 673 К и быстро растет при ее увеличении. В связи с этим нагревательные устройства из вольфрама и молибдена могут использоваться только в вакууме или в защитных средах (в аргоне, гелии, азоте и т.д.). При работе в вакууме срок службы излучателей за* висит в основном от скорости испарения.
Технологический процесс изготовления излучателей весьма ело* жен, так как тугоплавкие металлы трудно поддаются механической обработке, плохо свариваются, химически взаимодействуют с крепеж* ными деталями из керамики и т.д. Сварка молибдена может быть осу* ществлена только в среде инертного газа, а сварка вольфрама обычным методом пока неосуществима.
Методика и техника статических испытаний с использованием нагревательных устройств с излучателями из тугоплавких металлов пока только разрабатываются.
В последнее время в качестве источника инфракрасного излучения используются квантовые генераторы инфракрасного излучения — иразеры (лазеры в инфракрасной области спектра).
Работа иразеров основана на принципе вынужденной эмиссии инфракрасного излучения квантовых систем, в которых создана инверсия населенностей энергетических уровней. Иразер, работающий как генератор, является источником инфракрасного излучения. Иразеры обладают высокой когерентностью излучения, высокой монохроматичностью излучения, малой шириной пучка излучения.
Максимальная мощность излучения в импульсе иразера, который длится несколько наносекунд, достигает 1010 Вт; спектральная плотность потока излучения достигает значений, соответствующих излучению абсолютно черного тела при температурах 1010 — 1030 К; сфокусированный пучок излучения иразера позволяет создать энергетическую освещенность до 1018 — 1019 Вт/м2.
Иразеры излучают в ближней, средней и дальней инфракрасной области.
Составными частями иразера являются активное вещество и источник энергии для накачки активного вещества.
Иразеры бывают на твердом теле, газовые и полупроводниковые.
Иразеры на твердом теле (в качестве активного вещества используется твердое тело) можно разделить на импульсные и работающие в непрерывном режиме.
Длительность импульса импульсных иразеров может составлять от нескольких миллисекунд до долей наносекунд, выходная энергия импульса излучения — от долей джоуля до сотен и тысяч джоулей. Со-
188
кращая продолжительность импульса, можно получить в течение нескольких наносекунд мощность порядка гигаватта. Угол расхождения лучка импульсных иразеров составляет от нескольких секунд до нескольких десятков угловых минут, степень монохроматичности излучения — около 10 .
Мощность, создаваемая непрерывным иразерным пучком, доходит до 100 Вт.
Параметрами газовых иразеров являются мощность и угол расхождения пучка излучения, длина волны и степень монохроматичности излучения. В основном газовые иразеры имеют мощность непрерывного пучка порядка нескольких милливатт. Основным достоинством газовых иразеров является малая ширина спектральной линии генерируемого излучения, поэтому газовый иразер — практически монохроматический источник излучения. Достигнуты очень малые значения угла расхождения иразерного пучка — порядка долей угловой минуты.
Газовые иразеры, работающие в импульсном режиме, уступают иразерам на твердом теле по мощности импульса излучения (около 100 Вт в импульсе иразера, работающего на смеси Не- N6), но значительно превосходят их по частоте повторения импульсов, достигая значений 103 Гц при микросекундных импульсах.
Длины волн излучения, генерируемого газовыми иразерами, занимают широкую область спектра — от ультрафиолетовой до далекой инфракрасной (к- 538 мкм). При дополнительной концентрации пучка излучения системой линз можно облучить площадь 10 \гпри непрерывной энергетической освещенности 1011 Вт/м2.
Полупроводниковый иразер может работать как в импульсном, так и в непрерывном режиме. При непрерывном режиме достигнуты мощности иразерного излучения порядка 1 Вт. В пересчете на единицу объема активного вещества эта мощность почти в 105 раз больше, чем в лучших иразерах других типов. При импульсной работе мощность проблесков излучения достигает 100 Вт при частоте повторения 1 — 10 кГц (при температуре 77 К). КПД полупроводниковых иразеров очень высок, он составляет 20 — 40%, а при низкой температуре и интенсивной накачке доходит до 60%.
Иразеры используются для создания высоких температур — порядка нескольких тысяч Кельвинов.
В настоящее время существуют следующие способы построения нагревателей из стандартных излучательных элементов: интегральный, модульный и индивидуальный.
