Экспериментальные исследования лазерного зажигания топлив кислород-водород, кислород-метан в запальном устройстве с использованием полупроводникового лазера

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов


Авторы

Ребров С. Г. 1*, Голубев В. А. 2**, Голиков А. Н. 1***, Моргунов А. Е. 2****

1. ГНЦ ФГУП «Исследовательский центр имени М.В. Келдыша», ул. Онежская, 8, Москва, 125438
2. Исследовательский центр имени М.В. Келдыша, ГНЦ Центр Келдыша, Онежская ул., 8, Москва, 125438, Россия

*e-mail: rebrov_sergey@mail.ru
**e-mail: golubev.va@mail.ru
***e-mail: andgolikov@mail.ru
****e-mail: morgunov.alex@inbox.ru

Аннотация

В статье представлены результаты экспериментальных исследований лазерного зажигания топлив кислород-водород, кислород-метан в запальном устройстве от полупроводникового лазера с волоконным выводом излучения. Использование лазера такого типа в качестве источника энергии воспламенения топливных смесей в ракетной технике позволит снизить требования по обеспечению режимов тепло- и виброзащиты для системы лазерного зажигания на борту космического аппарата. По результатам проведенных экспериментов получены диапазоны рабочих характеристик запального устройства и поджигающего лазера, обеспечивающие стабильное воспламенение топливных смесей кислород-водород и кислород-метан.

Ключевые слова

лазерное зажигание, лазерный диод, оптическое волокно, полупроводниковый лазер, запальное устройство, кислород-водород, кислород-метан

Библиографический список

  1. Ребров С.Г., Голиков А.Н., Голубев В.А. Лазерное воспламенение ракетных топлив в модельной камере сгорания // Труды МАИ. 2012. № 53. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=29491

  2. Ребров С.Г., Голиков А.Н., Голубев В.А., Шестаков А.В., Романюк В.Н. Воспламенение ракетных топлив c использованием микрочип-лазера // Труды МАИ. 2012. № 57. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=31098

  3. Phuoc T.X. Laser-induced spark ignition fundamental and applications // Optics and Lasers in Engineering, 2006, no. 44, pp. 351 – 397.

  4. Wintner E. Laser Ignition of Engines: Technology, Benefits and Challenges. OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2014), paper LFP.1, available at: https://doi.org/10.1364/LAOP.2014.LFP.1

  5. Wintner E., Kofler H., Agarwal A.K., Deneva M.A., Nenchev M.N. Laser Ignition of Engines – A Contribution to Environmental Protection and a Challenge to Laser Technology // Annual Journal of electronics, 2014, available at: http://ecad.tu-sofia.bg/et/2014/ET2014/AJE_2014/001-E_Wintner.pdf

  6. Делоне Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1989. – 280 с.

  7. C.L.M. Ireland and C.G. Morgan. Gas breakdown by a short laser pulse // Journal of Physics D: Applied Physics, 1973, no. 6(6), pp. 720 – 729.

  8. Morgan C.G. Laser-induced breakdown of gases // Reports on Progress in Physics, 1975, no. 38 (5), pp. 621 – 665.

  9. Искандаров М.О., Никитичев А.А., Свердлов М.А., Тер-Мартиросян А.Л. Твердотельные лазеры ближнего ИК – диапазона с диодной накачкой // Научное приборостроение. 2015. Т. 25. № 4. С. 67 – 70.

  10. Koechner W. Solid-State Laser Engineering. 6th Ed., Springer Series in Optical Sciences, New York, Springer, 2006, 764 p.

  11. Райзер Ю.П. Непрерывный оптический разряд-поддержание и генерация плотной низкотемпературной плазмы лазерным излучением // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 3. C. 87 – 94.

  12. Коватева Ю.С., Богачева Д.Ю. Оценка теплового состояния камеры сгорания жидкостных ракетных двигателей малой тяги, работающего на экологически чистых компонентах топлива // Труды МАИ. 2013. № 65. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=40191

  13. Галеев А.В. Оптимизация схем и режимов заправки вытеснительной системы подачи компонентов ракетного топлива для испытаний камеры сгорания ЖРД // Труды МАИ. 2016. № 86. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=67814

  14. Belluscio A.G. ITS Propulsion – The evolution of the SpaceX Raptor engine, 2016, available at: https://www.nasaspaceflight.com/2016/10/its-propulsion-evolution-raptor-engine

  15. Ребров С.Г., Голубев В.А., Голиков А.Н. Лазерное зажигание топлива кислород-керосин в ракетной технике: от запальных устройств к маршевым ракетным двигателям // Труды МАИ. 2017. № 95. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=84458

  16. Yalin A.P. High power fiber delivery for laser ignition applications // Optics Express, 2013, vol. 21, iIssue S6, pp. A1102 – A1112.

  17. Mullett J.D., Dearden G., Dodd R., Shenton A.T., Triantos G., Watkins K.G. A comparative study of optical fibre types for application in a laser-induced ignition system // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics, 2009, no. 11(5), available at: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1464-4258/11/5/054007/pdf

  18. Griffiths J., Dowding C., Riley M.J.W., Bickerton R. Gas Turbine Laser Ignition via Solid Core Optical Fiber? A Photon Flux Density Approach // Laser ignition conference, 27 – 30 April 2015, California, USA, available at: https://www.osapublishing.org/ViewMedia.cfm?uri=LIC-2015-Th3A.3&seq=0&guid=3a3de6ab-b00f-a962-f7e3-8d4193e6dd19

  19. Иванов А.В., Ребров С.Г., Пономарев Н.Б., Голиков А.Н., Моталин Г.А., Плетнев Н.В., Архипов А.Б., Жигарев Л.Ф., Беляев В.С., Юлдашев Э.М., Рачук В.С., Гутерман В.Ю. Способ воспламенения компонентов топлива в камере сгорания ракетного двигателя и устройство для его осуществления (варианты). Патент РФ № 2326263, 2008. Бюлл. № 16, 10.06.2008.

  20. Иванов А.В., Ребров С.Г., Голиков А.Н., Гутерман В.Ю. Лазерное зажигание ракетных топлив кислород-водород, кислород-метан // Авиакосмическая техника и технология. 2008. № 2. C. 47 – 54.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2021

Вход