第559章 冷卻與功率
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目前,常見的散熱方式主要依賴於風冷與水冷技術,這兩種方法廣泛應用於民用產品之中,作為解決散熱問題的基本手段。
然而江辰所著手研發的激光武器,其特性在於高功率與大能量密度。
這使得傳統的風冷與水冷方案在應對其散熱需求時顯得力不從心,不僅效果受限而且在處理如此高強度的熱量時表現不佳。
麵對這種情況,江辰首先考慮到了微通道冷卻技術,這是一項在芯片領域已得到廣泛應用的先進技術。
該技術通過設計微米級別的通道作為換熱器,巧妙地嵌入集管內部結構。
特別適合於需要大功率運行且熱量密度極高的電子器件,能夠有效提升其散熱效能。
盡管微通道冷卻技術在芯片散熱方麵已相當成熟,可顯著提升激光發射器的散熱表現,但對於江辰的項目而言,單一的散熱方式仍顯不足。
因此結合多種冷卻機製將是達到最佳散熱效果的關鍵。
在此背景下,帕爾貼效應成為了另一個值得期待的選項,即半導體製冷,又叫溫差電製冷技術。
這一理論最早由物理學家帕爾貼提出,其基本原理在於,當在銅絲兩端分別連接鉍絲,並將這兩根鉍絲接入直流電源的正負兩極後。
通電狀態下會觀察到一端溫度上升而另一端溫度下降的現象。
帕爾貼效應的實現,基於電荷載體在材料內部遷移時因能級差異而產生的吸熱與放熱效應,從而實現了無需傳統製冷劑即可達到的製冷目的。
半導體製冷在的製冷小路不是很高,但是生在無運動部件,沒有噪音,壽命長,可靠性高,作為微通道散熱的輔助效果非常好。
另外考慮到這款激光發射器是用來作為艦載武器使用,那麽還可以在輔以水冷散熱作為補充。
三管齊下,江辰就不信搞定不了高功率激光發射器的散熱問題。
半導體製冷技術實現起來相對直接簡便,相比之下,微通道冷卻技術則顯得頗為複雜。
該技術憑借其卓越的換熱效率而備受矚目,但實施過程需在待散熱設備上精密刻蝕出一係列微米級別的流體通道。
這一操作不僅會對設備的整體結構帶來一定挑戰,還極大地增加了加工製造的難度係數。
因此江辰必須對激光發射器的設計結構進行改進,以確保微通道技術的引入不會對激光束的質量產生任何負麵影響。
設備結構很好解決讓昊天不斷的進行加工測試就行,接下來的關鍵便是選擇合適的材料。
與功率較低的民用設備不同,江辰所追求的高能激光發射器旨在應對低空、慢速、小型飛行器等目標,因此在功率需求上存在著顯著差異。
若以無人機為打擊對象,50千瓦的功率便足以實現擊落效果。
然而若目標是速度快的導彈,功率需求就提升至200千瓦以上,以確保足夠的摧毀能力。
考慮到艦載武器在實際應用中可能麵臨多種複雜情況,加入功率切換功能顯得尤為必要,以適應不同作戰需求。
若以最大功率200千瓦來設計這款激光武器,其有效射程可達10公裏左右。
在這一範圍內,激光武器能夠精準且有效地摧毀目標。
一旦距離超出此射程,由於激光束的發散、大氣環境的幹擾、目標物體的熱特性及吸收率等多種因素的影響。
激光武器的打擊效果將會大打折扣,難以達到預期。
由於激光生成的物理機製,增益介質選定為玻璃光纖,而基質材料對激光的特性、工作效率以及運行穩定性均起著至關重要的決定性作用。
若要使激光發射器所發射的激光能夠有效摧毀目標,最優選擇是生成中紅外波段的激光。
通常情況下的激光發射器所產生的紅外激光更多地被應用於造成目標失明或進行幹擾,而並不適宜在軍事作戰環境中使用。
因此傳統的石英玻璃基質因為具有較高的聲子能量,無法支持中紅外激光的有效傳輸,故而不適合作為基質材料。
相比之下,氟化物玻璃基質成為了一個更為理想的選擇。
其聲子能量較石英玻璃降低了一半,能夠確保波長小於4微米的中紅外激光在傳輸過程中的低損耗。
在確定了玻璃基質之後,如何合理配比摻雜材料成為了材料研發的核心問題。
摻雜材料中稀土離子的選擇、配比及其濃度,將直接關乎激光器的增益效果和整體工作效率。
對於這一問題,目前尚缺乏行之有效的解決方案,為了達到激光武器所需的性能標準,隻能通過不斷的實驗測試來摸索最佳配置。
江辰將這項機械式的任務完全委托給了昊天負責。
自己則全身心投入到發射器功率技術的研發工作中,因為無論是戰術還是戰略級別的激光武器,都對功率有著極高的要求。
在激光應用領域,那些常用於切割、焊接等工業用途的激光器,雖然被歸類為高功率激光器,但其功率實際上也僅達到500毫瓦左右。
若想要將激光器的功率提升至千瓦級別,就需要進行深入的研究和大量的工作。
首先在於增大光纖的有效模場麵積,並相應地減少光纖的長度。
然而在縮短光纖長度的同時,必須確保泵浦光能夠得到充分的吸收,這是需要特別注意的問題。
其次還需要對光纖的設計進行全麵的優化,提高光纖的孔徑和長度也可以提高輸出功率。
除此之外泵浦的功率與激光的輸出功率之間存在著直接的正相關關係。
通過提高泵浦的功率,可以有效地減少激光在傳輸過程中的損耗,進而提升整體的輸出功率。
完成上述幾種設計優化就可以大幅度提高激光的功率。
如此一來達到30千瓦的最低激光武器功率不成問題,如果還想進一步提高功率,就需要對激光技術進行改進研發。
這也是江辰接下來的重任。
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