Газоразрядный источник инфракрасного излучения для устройства оптико-электронного противодействия инфракрасным головкам самонаведения управляемых ракет
Полезная модель относится к газоразрядным источникам инфракрасного излучения на основе электрического разряда коаксиального типа в плазмообразующей среде на основе цезия, которые предназначены для использования в качестве излучающего элемента в устройствах оптико-электронного противодействия для защиты летательного аппарата от управляемых ракет, оснащенных инфракрасными головками самонаведения. Разрядная камера заявляемого источника инфракрасного излучения образована двумя коаксиально расположенными прямыми трубчатыми на части длины, соответствующей разрядному промежутку оболочками из лейкосапфира, причем особенность заявляемого источника состоит в том, что во внутренней полости образующей разрядную камеру горелки оболочки из лейкосапфира меньшего диаметра размещен экран в виде соосного с продольной осью горелки полого цилиндра, обращенная в сторону разрядного пространства горелки внешняя поверхность которого выполнена с возможностью отражения инфракрасного излучения по всей длине разрядного промежутка горелки. Предлагаемая конструкция обеспечивает повышение пиковой силы генерируемого газоразрядным источником инфракрасного излучения при неизменной величине энергопотребления, что крайне важно с учетом особенностей аппаратурного применения источника в составе устройства оптико-электронного противодействия.
Полезная модель относится к газоразрядных (ГР) источникам инфракрасного (ИК) излучения на основе электрического разряда в плазмообразующей среде на основе цезия, которые предназначены для использования в качестве излучающего элемента в составе размещенного на борту летательного аппарата устройства оптико-электронного противодействия (ОЭП) для защиты от поражающего воздействия управляемых ракет (УР), оснащенных ИК головками самонаведения (ГСН).
Механизм противодействия ИК ГСН УР (т.н. ОЭП), с учетом принципа ее функционирования, и реализующие его средства достаточно хорошо известны [1, 2]. Одним из наиболее эффективных средств ОЭП ИК ГСН УР принято считать устройство формирования имитирующей активной помехи [2], в виде модулированного некогерентного оптического излучения, спектральный диапазон которого соответствует диапазону спектральной чувствительности ИК ГСН УР (3,5-5,0 мкм).
Излучающий элемент устройства ОЭП ИК ГСН является основным функциональным элементом этого устройства, поскольку именно этот элемент обеспечивает спектральный диапазон, структуру и интенсивность (пиковую силу) формируемого устройством ОЭП излучения имитирующей активной помехи. В настоящее время в качестве такого излучающего элемента преимущественно используются ГР источники с плазмообразующей средой на основе цезия [3].
Следует отметить, что одна из основных проблем при конструировании устройства ОЭП ИК ГСН УР состоит в необходимости обеспечения существенного, не менее чем в 10 раз, превышения типовой силы формируемого устройством ОЭП ИК излучения над величиной собственного теплового (ИК) излучения защищаемого летательного аппарата при условии формирования помехового сигнала со структурой произвольной сложности. Как показано в работе [2] только такое превышение обеспечивает необходимое время воздействия имитирующей помехи до срыва самонаведения УР даже при значительной величине рассогласования частоты модуляции излучения имитирующей активной помехи относительно частоты модуляции излучения от цели (атакуемого летательного аппарата), принятой в ГСН УР. Таким образом, проблема повышения пиковой силы излучения ГР источник ИК излучения, входящего в состав устройства ОЭП УР с ИК ГСН, является одной из самых важных.
Принципиальная особенность ГР источника ИК излучения на основе электрического разряда в парах цезия, как это указано в работе [4], состоит в том, что ИК излучение (спектральный диапазон 3,5-5,0 мкм) исходит из относительно тонкого, прилегающего к поверхности ограничивающей разряд оболочки горелки ГР источника слоя плазмы. Это объясняется тем, что коэффициент оптического поглощения плазмообразующей среды на основе цезия в ИК диапазоне 3,5-5,0 мкм достаточно велик и, следовательно, излучение «зародившееся» в центральной зоне разряда по мере продвижения к периферии разряда поглощается и преобразуется в безизлучательную энергию. Совершенно очевидно, что увеличения диаметра канала разряда, при сохранении объема плазмообразующей среды, приводит к увеличению периферической излучающей поверхности и, соответственно, к росту суммарного потока ИК излучения ГР источника при сохранении заданной величины энергопотребления ГР источника.
Известен ГР источник ИК излучения для устройства ОЭП, выбранный в качестве прототипа, в котором повышение интенсивности излучения в ИК диапазоне обеспечено за счет перехода от традиционного разряда в плазмообразующей среде на основе цезия с цилиндрическим телом свечения к коаксиальному. Указанный ГР источник ИК излучения [5], выбранный в качестве прототипа, содержит разрядную горелку в составе заполненной плазмообразующей средой на основе цезия цилиндрической оболочки, выполненной из лейкосапфира, и выполненного из лейкосапфира полого на части длины, соответствующей разрядному промежутку горелки, элемента, образующего совместно с цилиндрической оболочкой разрядную камеру, герметизированную на противоположных концах электродными узлами. Как показывают расчеты увеличение внутреннего диаметра наружной оболочки горелки от 7 до 11 мм при величине зазора между наружной и внутренней оболочками порядка 4 мм приводит к росту суммарного потока ИК излучения на 20-25% при неизменной величине энергопотребления.
Однако, конструкция ГР источника ИК излучения, выбранного в качестве прототипа, с учетом его аппаратурного применения не является оптимальной, поскольку светящее тело разряда в плазмообразующей среде на основе цезия в данном случае представляет собой полый цилиндр с двумя периферическими излучающими поверхностями- наружной и внутренней, а «съем» излучения во внешнее пространство осуществляется только от внешней периферической поверхности светящего тела разряда.
Таким образом, недостаток конструкции ГР источника ИК излучения, выбранного в качестве прототипа, состоит в практической невозможности компенсации потерь ИК излучения от внутренней периферической поверхности светящего тела разряда без соответствующего увеличения энергопотребления источника.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в уменьшении непроизводительных потерь интегрального потока ИК излучения от периферических излучающих поверхностей светящего тела разряда.
Технический результат, соответственно, заключается в увеличении пиковой силы излучения ГР источника ИК излучения при неизменной величине энергопотребления, т.е. в повышении его энергетического КПД в ИК диапазоне.
ГР источник ИК излучения для устройства ОЭП ИК ГСН УР, как и ГР источник ИК излучения, выбранный в качестве прототипа, содержит разрядную горелку, заполненная плазмообразующей средой на основе цезия разрядная камера которой образована двумя коаксиально расположенными прямыми трубчатыми на части длины, соответствующей разрядному промежутку, оболочками из лейкосапфира и электродными узлами, герметично установленными на ее противоположных концах.
Отличие заявленного ГР источника ИК излучения от прототипа состоит в том, что во внутренней полости образующей разрядную камеру горелки оболочки из лейкосапфира меньшего диаметра рамещен экран в виде соосного с продольной осью горелки полого цилиндра, обращенная в сторону разрядного пространства горелки внешняя поверхность которого выполнена с возможностью отражения ИК излучения по всей длине разрядного промежутка горелки.
Первое дополнительное отличие состоит в том, что отражающая поверхность экрана выполнена в виде металлического слоя с высокой отражающей способностью на основе титановых или алюминиевых сплавов.
Второе дополнительное отличие состоит в том, что экран выполнен прилегающим к внутренней поверхности стенки образующей разрядную камеру горелки оболочки из лейкосапфира меньшего диаметра.
На фиг. 1 приведено схематическое изображение варианта конкретного исполнения горелки заявляемого ГР источника ИК излучения для устройства ОЭП ИК ГСН УР. Разрядная горелка заявляемого источника ИК излучения содержит оболочку 1, электродные узлы 2 и 3 и оболочку 4, образующих в совокупности коаксиальную разрядную камеру 5. В данном конкретном случае оболочки 1 и 4 выполнены в виде прямых цилиндрических трубок из лейкосапфира. Входящие в состав электродных узлов 2 и 3 электроды выполнены кольцевыми. Электродные узлы 2 и 3 установлены герметично на противоположных концах разрядной камеры 5 посредством цилиндрического спая с внутренней и наружной поверхностью оболочек 1 и 4, соответственно. Разрядная камера 5 заполнена плазмообразующей средой на основе цезия. Во внутренней полости оболочки 4 установлен экран 6, наружняя поверхность которого выполнена с возможностью отражения ИК излучения. В данном конкретном случае отражающей поверхности экрана 6, выполненного из алюминия, придана форма цилиндра, длина которого соответствует протяженности оболочки 4 в зоне разрядного промежутка разрядной камеры 5, а диаметр соответствует внутреннему диаметру оболочки 4 в зоне разрядного промежутка.
Особенность функционирования ГР источника РЖ излучения предлагаемой конструкции заключается в следующем. Экран 6 обеспечивает отражение ИК излучения, которое исходит из приповерхностного слоя разряда со стороны оболочки 4 разрядной камеры 5. Возврат ИК излучения в разрядную плазму приводит к ее дополнительному разогреву, поскольку, как это было указано выше, коэффициент оптического поглощения плазмообразующей среды на основе цезия в ИК диапазоне достаточно велик. Следует отметить, что как следует из работы [3] пиковая сила излучения ГР источника с цезиевым наполнением в ИК диапазоне является функцией температуры плазмообразующей среды, в которой происходит разряд. Таким образом, предлагаемая конструкция ГР источника ИК излучения обеспечивает повышение пиковой силы генерируемого источником излучения без увеличения энергопотребления, что, с учетом особенностей его аппаратурного применения, крайне важно.
ГР источник ИК излучения в соответствии с заявляемым решением разработан для серийного производства с использованием типовых технологий и стандартного оборудования.
Литература:
1. Зарубежное военное обозрение, 2002, 
9, с. 35-41.
2. Самодергин В.А. Исследование и разработка энергоизлучающих систем активных помех ИК ГСН с оптимальными энергетическими характеристиками: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук М., 1988.
3. Гавриш C.B. Разработка и исследование импульсного источника инфракрасного излучения в парах цезия: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, М., 2005.
4. Светотехника, 1998, 3, с. 22-24.
5. Патент РФ на ПМ 111348, 10.12.2011 Бюл. 34.
1. Газоразрядный источник инфракрасного излучения для устройства оптико-электронного противодействия инфракрасным головкам самонаведения управляемых ракет, содержащий разрядную горелку, заполненная плазмообразующей средой на основе цезия разрядная камера которой образована двумя коаксиально расположенными прямыми трубчатыми на части длины, соответствующей разрядному промежутку, оболочками из лейкосапфира и электродными узлами, герметично установленными на ее противоположных концах, отличающийся тем, что во внутренней полости образующей разрядную камеру горелки оболочки из лейкосапфира меньшего диаметра размещен экран в виде соосного с продольной осью горелки полого цилиндра, обращенная в сторону разрядного пространства горелки внешняя поверхность которого выполнена с возможностью отражения инфракрасного излучения по всей длине разрядного промежутка горелки.
2. Газоразрядный источник инфракрасного излучения для устройства оптико-электронного противодействия по п. 1, отличающийся тем, что отражающая поверхность экрана выполнена в виде металлического слоя с высокой отражающей способностью на основе титановых или алюминиевых сплавов.
3. Газоразрядный источник инфракрасного излучения для устройства оптико-электронного противодействия по п. 1, отличающийся тем, что экран выполнен прилегающим к внутренней поверхности стенки образующей разрядную камеру горелки оболочки из лейкосапфира меньшего диаметра.
