Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время газодинамические лазеры (ГДЛ) рассматриваются как одни из основных претендентов в качестве мощного источника инфракрасного (ИК) излучения. Улучшение удельных характеристик существующих ГДЛ и расширение спектрального диапазона их генерации - актуальные проблемы, решение которых позволяет значительно расширить области применения ГДЛ в научных исследованиях и народном хозяйстве.
Для формирования инверсной среды в современных ГДЛ широко используются профилированные сопла и сопловые решетки. Структура течения за-их срезом отличается от идеальной, а конечные составы продуктов сгорания в ГДЛ на горении углеводородов далеки от оптимальных. Это может приводить к заметным релаксационным потерям и ухудшению удельных характеристик соответствующего ГДЛ. Исследования в данном направлении, проведенные в потоке за одиночным соплом, а тем более для течений за сопловыми блоками, крайне ограничены. Поэтому экспериментальное определение влияния реальной структуры потока, а также содержания отдельных компонентов лазерной смеси на инверсные характеристики среды актуально.
При решении ряда прикладных и исследовательских задач важную роль играет длина волны генерируемого излучения. В дальнем ИК-диа-пазоне основным источником излучения служат электроразрядные и химические лазеры на парах воды. Рассматриваются также перспективы создания соответствующего ГДЛ с максимальной мощностью излучения на длине волны vO/- 27,971 мкм на колебательно-вращательном переходе 001(633)--020(5,5-0). Экспериментальное изучение поглощения молекулами воды резонансного лазерного излучения на указанном переходе в потоке водяного пара до сих пор не проводилось и является важным направлением исследования, актуальность которого определяется возможностью получения надежных сведений об основных спектроскопических константах перехода и вероятностях колебательного энергообмена. Указанные данные необходимы для построения математических моделей физических процессов в лазерах на парах воды.
Цель работы. Проведение комплексного исследования влияния реальной структуры течения, состава смеси и параметров торможения на инверсные характеристики потока в СО^-ГДЛ на горении ацетилена в импульсной аэродинамической установке; исследование инверсных
- 4 -свойств N^O-N^-He потока в ударной трубе в условиях истечения в профилированном сопле с равномерным выходом; исследование поглощения лазерного излучения ( «Я"» 27,971 мкм) в потоках водяного пара в ударной трубе с соплом на переходе 020( 550) —— 001(6зі) молекулы воды и определение спектроскопических констант указанного перехода.
Основные положения, выносимые на зашиту, их новизна, научная и практическая ценность. В диссертации автор защищает следующие положения, представляющие научную новизну работы:
анализ влияния газодинамических возмущений в потоке продуктов сгорания ацетиленовоздушных смесей и значительного (до 40% по объему) содержания кислорода в конечных составах на инверсные свойства среды в условиях высокотемпературного СО^-ГДЛ на горении;
анализ инверсных свойств потока за блоком плоских сопел с эллиптическим профилем сверхзвуковой части и неравномерным выходом при поперечных смещениях сопловых лопаток;
результаты измерения коэффициента усиления в потоке за сопловыми блоками малоразмерных осесимметричных сопел с различной компоновкой моносопел в блок в условиях гомогенного СОг-ГДЛ на горении ацетилена;
анализ особенностей изменения давления за ударными волнами в N^O-N^СО)-Не потоках в ударной трубе при использовании водорода в качестве толкающего газа;
экспериментальные данные по измерению усиления излучения с длиной волны Л - 10,9 мкм (переход 00^1--10 в N^0) при расширении N^O-Njj-He смеси в плоском профилированном сопле;
результаты измерений поглощения излучения с длиной волны «Я-- 27,971 мкм молекулами воды на переходе 020(5^)-—001 (653) и определения коэффициентов Эйнштейна и ударного уширения указанного перехода;
анализ условий формирования неравновесного распределения энергии по колебательным степеням свободы молекулы воды при расширении водяного пара в сверхзвуковых соплах.
Практическая и научная ценность работы заключается в том, что, с одной стороны, полученные экспериментальные результаты представляют практический интерес при проектировании и создании высокотемпературных ГДЛ, а с другой, имеют общенаучный характер и могут быть использованы для построения и проверки расчетных моделей течения колебательно-неравновесных газовых потоков.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались:
на VIII Международном коллоквиуме по газодинамике взрыва и реагирующих систем (Минск, 1980);
на і Всесоюзном симпозиуме по макроскопической кинетике и химической газодинамике (Алма-Ата, 1984);
на Ш Всесоюзном совещании по детонации (Таллинн,1985);
на 4-м Всесоюзном симпозиуме по лазерной химии (Звенигород, 1985);
на Всесоюзной школе-семинаре "фундаментальные проблемы физики ударных волн" (Азау, 1987);
на Всесоюзной школе-конференции "Современные проблемы механики жидкости и газа" (Иркутск, 1988);
на Всесоюзной конференции "Кинетические и газодинамические процессы в неравновесных средах" (Красновидово, 1988);
на Всесоюзной школе-семинаре "Проблемы физико-химических взаимодействий в механике сплошных сред" (Ужгород, 1989);
на Ломоносовских чтениях (МГУ, 1990).
Содержание и результаты работы отражены в 23 публикациях, спи-_ сок которых приведен в конце автореферата.
Структура и обьем диссертации, диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 256 наименований и содержит 61 рисунок и 8 таблиц. Полный объем диссертации составляет 164 страницы.