Составное охлаждаемое зеркало
Использование: в телескопах, работающих в сложных температурных условиях, а также в качестве лазерных зеркал. Сущность изобретения: в составном зеркале, содержащем отражающую пластину, пакет ячеистых сот с торцевыми проточками, пластину-подложку с дренажными отверстиями и проточный канал для прокачки теплоносителя (хладагента), установленный в пакете ячеистых сот, в ячейках сот между тыльной поверхностью отражающей пластины и проточным каналом установлены призматические элементы из высокопористого проницаемого ячеистого металла (ВПЯМ). 2 ил.
Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к сотовым зеркалам, и может быть использовано, в частности, в телескопах, работающих в сложных температурных условиях, а также в качестве лазерных зеркал. Известно сотовое зеркало, содержащее пластину-зеркало, пластину-подложку с дренажными отверстиями и пакет ячеистых сот между ними с проточками в боковых торцах ячеек ячеистого пакета, сообщающими ячейки между собой и образующими вместе с дренажными отверстиями единую систему терморегулирования зеркала. Известно также транспирационно охлаждаемое лазерное зеркало, содержащее отражающую пластину, основу из пористого материала, систему охлаждения в виде каналов, расположенных в основе под отражающей пластиной, систему сбора и раздачи теплоносителя в основе. Охлаждение зеркала осуществляется как за счет прокачки теплоносителя по каналам, расположенным параллельно отражающей поверхности, так и дополнительного просачивания теплоносителя через пористую основу от каналов подвода к каналам отвода параллельно отражающей поверхности. Недостатком таких конструкций является во-первых, то, что на качество оптической поверхности зеркала отрицательно влияет периодически имеющий место перепад давления циркулирующего теплоносителя во внутренней полости зеркала, а во-вторых, его низкая термическая стабильность из-за неразвитой поверхности теплосъема с тыльной стороны пластины-зеркала. Указанные недостатки частично устранены в сотовом зеркале, принятом за прототип и содержащем пластину-зеркало, пакет ячеистых сот с торцевыми проточками, сообщающими ячейки между собой, пластину-подложку с дренажными отверстиями и проточный канал для прокачки теплоносителя, вмонтированный в полость пакета сот под пластиной-зеркалом и проходящий через все ячейки сотового пакета, заполненные теплоносителем. В зеркале-прототипе теплоноситель циркулирует в проточном канале, а не в ячейках сотового пакета, и таким образом исключается влияние неравномерности давления теплоносителя на качество оптической поверхности пластины-зеркала. В рассматриваемой конструкции зеркала функция теплоносителя, содержащегося в ячейках сотового пакета, состоит в передаче тепла наружным стенкам канала, которые могут быть выполнены ребристыми, что способствует созданию более равномерного температурного поля в элементах зеркала. Недостатком зеркала является его невысокая термическая стабильность при интенсивном световом воздействии на зеркало, т.к. плохо развитая поверхность теплосъема с тыльной стороны отражающей пластины приводит к тому, что поглощаемый зеркалом тепловой поток рассеивается в теплоносителе, находящемся в полости ячеек, и лишь затем достигает проточного канала, по которому отводится из зеркала. Целью изобретения является повышение термической стабильности зеркала. Поставленная цель достигается тем, что в составном охлаждаемом зеркале, содержащем отражающую пластину, пакет ячеистых сот с торцевыми проточками, пластину-подложку с дренажными отверстиями и проточный канал для прокачки теплоносителя, установленный в пакете ячеистых сот, в ячейках сот между тыльной поверхностью отражающей пластины и проточным каналом установлены призматические элементы из высокопористого проницаемого ячеистого металла (ВПЯМ). Последнее может быть осуществлено путем введения призматических образцов из ВПЯМ в ячейки сот между проточным каналом и отражающей пластиной перед пайкой частей зеркала, при этом за счет растекания припоя по структурным элементам сетчато-ячеистого каркаса ВПЯМ в процессе пайки и его последующего затвердевания образуется металлическая связь между элементами из ВПЯМ с тыльной поверхностью отражающей пластины, со стенками проточного канала и со стенками сот. Повышение термической стабильности зеркала происходит благодаря интенсификации теплоотдачи на тыльной поверхности отражающей пластины, достигаемой как за счет значительного развития в высокопористом материале поверхности теплообмена и повышения локального коэффициента теплоотдачи теплоносителю, заполняющему ячейки сот, так и благодаря возможности кондуктивного переноса тепла по сетчато-ячеистому каркасу ВПЯМ к проточному каналу. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое составное охлаждаемое зеркало отличается тем, что в нем в ячейках сот между отражающей пластиной и проточным каналом установлены призматические элементы из ВПЯМ, образующие металлическую связь с контактирующими с ними частями зеркала. На фиг. 1 изображено предлагаемое зеркало; на фиг. 2 то же, продольный разрез. Зеркало содержит отражающую пластину 1, сотовый пакет 2 с торцевыми проточками 3, элементы из ВПЯМ 4, проточный канал 5 и пластину-подложку 6. Все части составного охлаждаемого зеркала выполнены из инвара с целью исключения возникновения термодеформаций при нагреве зеркала из-за разности коэффициентов линейного термического расширения. Призматические элементы из высокопористого проницаемого ячеистого материала получали известным способом металлизации полиуретановой пены с последующим ее удалением при спекании (пористые проницаемые материалы. Справочник. Под. ред. Белова С.В. М. Металлургия, 1987, с. 273). Торцы призматических образцов из инварового ВПЯМ обрабатываются в соответствии с конфигурацией контактирующих с ними поверхностей частей зеркала с тыльной поверхностью отражающей пластины и со стенкой проточного канала. Изготовление зеркала осуществляется путем выполнения следующих операций: установка в специально подготовленное место сотового пакета проточного канала призматических элементов из ВПЯМ и соединения полученного пакета ячеистых сот с отражающей пластиной и пластиной-подложкой пайкой с помощью фольгированного припоя. В процессе пайки обеспечивается металлический контакт отражающей пластины как с торцами ячеек сотового пакета, так и с сетчато-ячеистым каркасом элементов из ВПЯМ, а также за счет растекания припоя создается металлическая связь элементов из ВПЯМ со стенками ячеек сот и со стенкой проточного канала. Ячейки сот могут быть соединены с атмосферой или при необходимости заполнены жидким наполнителем. Регулирование теплового состояния сотового зеркала осуществляют прокачкой теплоносителя по проточному каналу, при этом обмен теплом отражающей пластины с наружной поверхностью проточного канала обеспечивается не только теплоносителем в ячейках сот и по стенкам сот, но и по сетчато-ячеистому каркасу элементов ВПЯМ, соединяющих отражающую пластину и проточный канал и, таким образом, появляется дополнительная возможность отвода теплового потока от отражающей пластины. Для сетчато-ячеистой структуры ВПЯМ характерна высокая проницаемость, а наличие сообщающихся пор исключает образование застойных зон теплоносителем. Кроме того, у элементов из ВПЯМ расчетное отношение поверхности теплообмена к единице объема составляет 
40-80 см2/см3, тогда как для сот эта величина находится в диапазоне 3-5 см2/см3 (Керн Д. Краус А. Развитые поверхности теплообмена. М. Энергия, 1977, с. 464), что обеспечивает интенсивный теплообмен высокопористой структуры с теплоносителем в ячейках сот, а следовательно, и передачу теплового потока через теплоноситель к стенкам проточного канала, т.е. тепловой обмен между частями зеркала улучшается. Все вышесказанное обеспечивает высокую стабильность зеркалу и обеспечивает возможность его использования в качестве лазерных зеркал.
Формула изобретения
СОСТАВНОЕ ОХЛАЖДАЕМОЕ ЗЕРКАЛО, содержащее отражающую пластину, пакет ячеистых сот с торцовыми проточками, пластину-подложку с дренажными отверстиями и проточный канал для прокачки теплоносителя, установленный в пакете ячеистых сот, отличающееся тем, что, с целью повышения термической стабильности зеркала, в ячейках сот между тыльной поверхностью отражающей пластины и проточным каналом установлены призматические элементы из высокопористого проницаемого ячеистого металла.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000
Извещение опубликовано: 10.11.2000
