Исследование взаимодействия гиперзвукового потока воздуха с аэрозолем углекислоты

С целью повышения энергетических характеристик газодинамического СО$_2$-лазера проводится детальное исследование взаимодействия гиперзвукового колебательно-неравновесного донорного газа с потоком аэрозоля углекислоты. Анализ показывает, что в результате этого взаимодействия возможно быстрое (за времена, меньшие времени релаксации верхнего лазерного уровня) смешение испаряющегося аэрозоля с колебательно-возбужденным газом. Для плоской геометрии потока с симметричным вводом аэрозоля поперечный размер активной среды может достигать $\gtrsim$ 20 см при высоте критического сечения гиперзвукового сопла $\sim$ 1 мм. Найдены условия, при которых газодинамические возмущения в зоне смешения отсутствуют и активная среда является оптически однородной. Создан генератор аэрозоля СО$_2$ с близкой к оптимальной функцией распределения твердых частиц по размерам. На установке с коническим гиперзвуковым соплом для воздуха при перпендикулярном вводе аэрозоля проведено экспериментальное исследование взаимодействия потоков. Экспериментальные результаты в общем согласуются с предсказанными теорией. В области смешения возбужденного воздуха с аэрозолем углекислоты получено усиление излучения СО$_2$-лазера, близкое к расчетному.