ISSN 2658-3305, 2020, № 8, https://doi.org/10.26160/2658-3305-2020-8-7-15
О возможности использования детонационного топливного цикла для утилизации металлоконструкций
The use of the detonation fuel cycle for destruction of metal construction
Подзирей Ю.С.
Podzirey Yu.S.
Ключевые слова: активная среда, порог абляции, газодинамический лазер на продуктах сгорания, квантовый уровень, линейный компрессор, уплотнение из углеродных нанотрубок.
Keywords: active medium, ablation threshold, gasdynamic laser based on combustions products, quantum level, linear compressor, carbon nanotube seal.
Аннотация. На основе детонационного топливного цикла рассмотрена возможность порезки крупногабаритных металлических конструкций с использованием импульсного газодинамического сверхзвукового СО2 лазера (ГДЛ). Представлена принципиальная схема газотурбинного двигателя предназначенного для получения пульсирующей активной среды и её подачи в оптический резонатор лазера. Двигатель снабжен трехступенчатым компрессором на основе вакуумного насоса типа «Рутс», создающим плоскую струю сжатого воздуха. Обратные перетекания воздуха, характерные для насосов этого типа, устранены за счет использования уплотнений из вертикально выращенных углеродных нанотрубок. Воздух после второй ступени компрессора разделяется на две части. Одна поступает в тепловой резонатор и далее в оптический резонатор лазера, а вторая в плоскую камеру сгорания газотурбинного двигателя для обеспечения работы компрессора. Самовоспламенение топливной смеси в тепловом резонаторе происходит за счет эффекта Гартмана-Шпренгера. Как следствие, резкое возрастание и резкий спад температуры в процессе детонационного топливного цикла приводит к высокой концентрации заселенных и свободных квантовых уровней в неравновесной активной среде. Показано, что использование детонационного топливного цикла позволяет выполнить мощный высокочастотный импульсный ГДЛ, работающий в режиме превышения порога абляции обрабатываемого материала.
Abstract. On the based of the detonation fuel cycle, the possibility of cutting large-thickness metal structures is considered. Gas dynamic supersonic CO2 laser (GDL) is used for this purpose. A schematic diagram of a gas turbine engine designed for supply a pulsating active medium in to the laser optical resonator is presented. The engine is equipped with a three-stage compressor based on the Roots type vacuum pump, which creates a flat stream of compressed air. Return air flows, which is characteristic of pumps of this type, have been eliminated by means of seals from vertically grown carbon nanotubes. The air after the second stage of the compressor is divided into two parts. One of them enters to the thermal resonator and then into the laser optical resonator. The second part of air enters into flat combustion chamber of the gas turbine engine to ensure the operation of the compressor. Self-ignition of the fuel mixture in the thermal resonator occurs by means of the Hartmann-Sprenger effect. As a result, a sharp increase and a sharp drop of temperature during the detonation fuel cycle leads to a high concentration of free and busy quantum levels in a nonequilibrium active medium. It is shown that the use of a detonation fuel cycle allows one to perform a powerful high-frequency pulsed GDL which operating in the mode of exceeding ablation threshold of cutting materials