超燃冲压发动机羟基/煤油-PLIF同步测量研究

应用一套500 Hz PLIF(Planar laser induced fluorescence)系统开展了煤油燃料超燃冲压发动机实验研究,实现了超燃冲压发动机燃烧室内火焰结构和煤油分布可视化测量。通过对OH-PLIF和煤油-PLIF同步测量方法分析,揭示了超燃冲压发动机煤油掺混燃烧振荡特性规律。利用PLIF图像的几何特征、强度特征和动态模态分解,分析了煤油掺混过程对火焰传播及燃烧特性的影响。研究表明,在煤油单独燃烧阶段,煤油主要分布在燃烧室上游。OH基受燃料分布的影响,在燃烧室内重复性地聚集和扩散,呈现破裂带状。动态模态分解结果表明,煤油掺混过程对燃烧振荡存在影响。

基于紫外可调谐激光吸收光谱技术的甲烷/空气平面预混火焰温度测量研究

火焰温度是燃烧领域最重要的宏观物理量之一,使用紫外可调谐激光吸收光谱技术,以火焰中的OH自由基作为测量对象对甲烷/空气平面预混火焰进行了温度测量。首先使用平面激光诱导荧光（PLIF）技术对甲烷/空气平面预混火焰不同燃烧工况条件下火焰中的OH基分布进行了测量,选取火焰中OH基分布均匀工况进行了紫外吸收光谱温度测量。通过LIFBASE仿真计算,综合考虑温度测量灵敏度、测量信噪比等因素,选择OH基A-X（0,0）吸收带中的P_1（2）和Q_1（8）两支谱线作为被测跃迁。测量时使用Nd∶YAG激光器泵浦染料激光器,经倍频后输出308～311nm紫外可调谐激光。通过染料激光器以0.4pm为步长进行激光波长调谐,分别扫描获得两条吸收谱线的吸收峰线型。对实验数据进行voigt拟合后,通过计算两条谱线的积分吸收值之比,获得了平面预混火焰中的温度信息。分别测量了燃烧器表面不同水平位置与燃烧器中心不同高度处的火焰温度。测量结果与文献报道的采用同样结构燃烧器,通过其他光谱技术获得的测量结果进行了横向对比。在OH基浓度较高的火焰锋面区域测温结果吻合度较高,验证了该技术测量结果的可信度。由于其测量对象与双线OH-PLIF测温的一致性,该技术未来可作为局部温度测量方法,进一步应用于对双线PLIF等二维火焰温度空间分布测量结果的标定当中。

基于新型分光技术的简并四波混频实验研究

为解决简并四波混频光谱技术中光路的稳定性问题,在前向布局中采用了新型分光技术,研究了共振介质(加碘的酒精溶剂)中的简并四波混频(DFWM)效应.实验发现,由于采用补偿分光技术,抑制了激光漂移带来的影响,得到了稳定的DFWM信号输出.此外,还考察了吸收介质碘的酒精溶液中前向DFWM信号能量与泵浦激光能量的关系.

长波红外激光成像雷达技术的研究进展

文中论述了长波红外激光成像雷达国内外最新研究进展。以 CO2 激光成像雷达为典型代表 ,分析了长波红外激光成像雷达 (与短波红外和中波红外相比 )所拥有的技术优势。其中CO2 长波红外激光成像雷达已步入技术成熟阶段 ,现向高帧频、小型化、多用途波导 CO2 激光成像雷达方向发展。随着近年来量子级联半导体激光器 (QCL)迅猛发展 ,全固化 QCL激光成像雷达 。

利用衍射光学技术进行激光光强叠加的研究

采用模拟退火算法研究了利用衍射光学元件 (DOE)进行激光光强叠加的可能性 ,并分析了由于蚀刻误差和入射激光束位置偏离引起的误差 .数值模拟结果表明在 DOE相位是1 6阶量化的情况下 ,设计误差小于 1 .7e-3 ,效率大于 98.9% 。

氩在超短脉冲强激光场中电离电子剩余能的研究

利用带有抛物面反射电镜的无磁场TOF(Time-Of-Flight)电子能谱仪 ,以氩气作为工作介质 ,测量了不同功率密度、不同气压、不同偏振条件下氩的电子能谱 .结果表明激光脉冲能量 (峰值光强 )增强则相应的电子能谱的幅值会有所增强 ,且会出现新的电子峰 ,即有新的机制参与电离 .充气气压较高时产生了许多低气压时所没有的高能电子 ,而低能电子峰增强幅度不大 .圆偏振光相对于线偏振光有利于高能电子的产生 .

采用衍射光学技术耦合叠加激光光束的研究

文中提出一种用以实现激光光束耦合叠加的新方法。采用杨顾算法进行的 1 -维数值模拟结果表明 ,在衍射光学元件位相 1 6阶量化的情况下 ,可以实现效率为 98.9% ,误差为 0 .1 9%。另外从进行的误差分析我们看到 ,只要衍射光学元件的最大蚀刻误差小于 5% 。

LiSrAlF_6晶体Cr^(3+)掺杂中心电子结构的研究

使用离散变分方法 (DVM)对LiSrAlF6晶体中以Cr3 + 为中心的多种分子团簇的电子结构进行了计算。主要研究了镶嵌势、团簇大小、基组类型对单电子能量本征值、基态原子轨道特性的影响 。

激光雷达半实物仿真场景生成技术研究

半实物仿真又叫硬件在回路中的仿真（hardware-in-the-loop simulation)，它经历了几十年的发展时间，是一种将待测系统的部分实物(装置)接入由仿真计算机等设备组成的仿真回路中进行动态试验的方法，它在复杂武器系统的全数字仿真和外场试验之间架起一座桥梁．激光成像雷达的半实物仿真在激光雷达的研制和生产过程中应发挥重要作用．

用于激光诱导等离子体点火技术的激光源研究进展

激光诱导等离子体点火是一种新颖的发动机点火方式,这种技术点火位置精确可控,点火延迟时间短,无烧蚀作用,还可实现同时多点点火,能够提高发动机的燃烧效率,具有良好的发展前景。主要针对用于激光诱导等离子体点火技术中的核心元件——激光光源的发展状况及最新成果作了全面的综述,并对该种类型激光器的发展前景进行了展望。

超声速火焰的3DLIF可视化技术研究

为满足超燃冲压发动机燃烧诊断尤其是燃烧空间结构可视化的迫切需求,亟需实现超声速火焰三维测量。三维激光诱导荧光(3DLIF)技术作为一种立体测量技术具有超声速火焰三维测量的潜力。利用该技术的特点与优势,设计了基于扫描振镜的多平面3DLIF成像系统,在超声速同轴射流燃烧试验装置上实现了超声速火焰的多平面3DLIF空间结构可视化。为了实现大尺寸成像,提出了一种扩大扫描范围的片光整形方案,利用该方案获得了空间尺度50 mm×85 mm×20 mm、时间尺度5 ms的超声速火焰平均三维图像,对3DLIF技术用于超燃冲压发动机试验台架燃烧空间结构可视化进行了可行性分析,基于时均三维图像讨论了喷口火焰速度对火焰结构形状的影响。

基于5 kHz平面激光诱导荧光的射流火焰局部熄火时空特性分析

基于高频光学测量手段研究射流火焰局部熄火的分布特性,对于分析燃烧场不稳定性机理有重要意义。建立5 kHz的平面激光诱导荧光测量系统,对高速射流火焰开展实验研究,并获得火焰结构的动态发展过程;将双边滤波、竖直滑窗局部自适应阈值等图像处理方法引入平面激光诱导荧光图像的预处理,在局部断裂结构数量特征的基础上,提取局部断裂结构长度和空间位置等特征;基于上述特征深入解析局部熄火的时空分布特性,进一步完善高频平面激光诱导荧光诊断与分析方法。研究表明:双边滤波算法处理后,图像峰值信噪比为34.3 dB,结构相似度为0.93,噪声水平显著降低,获得了较好的去噪效果;使用竖直滑窗局部自适应方法进行图像分割的F1分数达到93.30%;断裂结构累计数量随时间线性增加,当射流马赫数由0.5增至1.6时,单侧图像断裂结构的每秒累计数量从790.7增至9 217.2,并且局部熄火频率与射流马赫数呈指数关系;断裂结构主要分布区域为火焰臂及上侧中央燃料区。本研究进一步拓展了高频平面激光诱导荧光技术的应用能力,证明了高频平面激光诱导荧光技术用于局部熄火时空分布特性研究的可行性。

用于大尺度模型发动机高频PLIF测量的脉冲串紫外激光系统

针对大尺度模型发动机试验台工作时间短(~百毫秒到秒量级)和激光能量要求高(>1 mJ)的特点,常规的紫外激光系统不能满足发动机燃烧流场精细化测量需求,要求用于高频平面激光诱导荧光(PLIF)测量的紫外激光系统同时满足脉冲串时间间隔短和激光输出能量高,并且系统具有高可靠性和环境适应性。设计了一套用于真实发动机地面试验台高频PLIF测量的脉冲串紫外激光系统,能够获取有效的火焰动力学数据。脉冲串紫外激光系统采用自主研制的脉冲串模式激光器泵浦染料激光器,具备能量监测、波长监测和片光分布监测等功能,可以校正激光参数对测量结果的影响。其中脉冲串模式激光器采用电光调Q、脉冲串模式和MOPA技术,使输出的泵浦激光具有高脉冲能量(~50 mJ@532 nm)、短脉冲宽度(~10.8 ns)和较高的脉冲串频率(20 Hz)。脉冲串紫外激光系统的串时间间隔为50 ms,是国外激光器脉冲串间隔时间的1/200;系统整体转换效率为6%,紫外单脉冲能量为2.95 mJ@283 nm,是国外连续脉冲激光器典型能量值的7倍。为满足发动机地面试验台测量需求,自主集成了工程可用的高可靠性移动式10 kHz PLIF测量系统,具有抗震、防潮和防尘等功能,提升了高频PLIF系统的环境适应能力。国内首次在中国空气动力研究与发展中心的脉冲燃烧风洞上实现了大尺度模型发动机燃烧流场远距离大视场成像测量(~15 cm),获得了高信噪比的氢燃料及乙烯燃料高动态燃烧过程可视化结果。未来可结合光谱图像特征提取与分析方法对其燃烧状态和动态过程开展研究,为发动机复杂流动燃烧机理研究、CFD仿真和发动机设计水平提升提供支撑。

磁控溅射法制备二氧化钒薄膜最佳参量的研究

用X射线电子能谱仪 (XPS)对不同条件下用磁控溅射法制备的VO2 薄膜进行测试 ,得到VO2 薄膜内部组成成份的信息 .研究了获得高含量VO2 薄膜的最佳制备参量 .同时还观察到V2 O3、VO2 、V2 O5以接近含量共存的现象 ,这与以前研究所给出的薄膜几乎只由V2 O3、VO2 、V2 O5中的两种组成的结论有所不同 .

条纹管激光成像雷达水下探测成像研究进展

条纹管激光成像雷达是一种新型的闪光式激光雷达,具有大视场、高分辨率及高探测灵敏度等特性,可直接给出目标的四维像(三维几何距离像+一维强度像),是目前激光水下三维成像的主要技术之一。自主研制了一套单狭缝条纹管激光成像雷达,可实现对远距离目标成像和系统集成。在水质较浑浊的黄海海域,利用此雷达首先完成了若干水下目标探测实验,获得不同深度及不同表面材质的目标条纹像,最大探测深度为5 m;其次完成了海表面波成像实验,获得重构后的海表面波四维像,可清晰辨别海面粗糙度及波高变化。实验结果表明:条纹管激光成像雷达在水下探测、避障及海洋波谱分析等方面有较好的应用前景。

基于PPLN的中红外CW QPM-0P0技术发展综述

光学参量振荡器(OPO)是利用非线性晶体的混频特性实现频率变换器件,是获得可调谐相干光的有效途径之一。准相位匹配(QPM)OPO产生的红外波段光在红外军事对抗、大气环境监测、医学、特殊环境远距离监控以及光谱学研究等诸多领域有重要的应用价值。而连续(CW)周期性极化铌酸锂(PPLN)OPO是3—5μm中红外大功率连续激光源的最佳选择。本文阐述了QPM技术的原理和特点,综述了中红外CWOPO的发展状况,重点放在CWPPLNOPO技术的发展上,并指出了其发展趋势及应用前景。

基于空间载波条纹图的相位提取方法研究进展

介绍了几种基于空间载波条纹图的相位提取方法,包括正弦拟合法、卷积法、傅里叶变换法和小波变换法,并对这些方法进行了综合比较。重点讨论了对傅里叶变换法的精度限制因素,并总结了对其改进的各种途径。

二氧化钒薄膜的退火组分变化及光学特性研究

为得到高纯度的VO2薄膜,对其制备参数进行了探索。VO2薄膜用磁控溅射法制备。对不同条件下制备的VO2薄膜用X射线电子能谱仪(XPS)测试,并通过拟合来得到3,4,5价钒在薄膜中所占的比例。为提高4价钒的含量对薄膜进行了退火处理,分析了退火对氧化钒薄膜中4价钒含量的影响。结果表明,VO2薄膜对10.6μm激光的透过率从60℃时的74%变到78℃时的11.93%,发生了相变。

光纤组束研究的新进展

介绍了当前光纤组束研究中的几种主流方法,即利用受激布里渊散射的光纤组束;利用衍射光学元件的光纤组束;全光纤组束等。对这些方法作了对比和分析。并对光纤组束的应用前景进行了展望。

SBS新介质C_4Cl_6参数确定及性能研究

从介质对光的吸收机理出发,研究了吸收系数较小的受激布里渊散射(SBS)新介质六氯-1,3-丁二烯(C4Cl6)。通过基本的物理参数,确定了入射光波长为1 064 nm时C4Cl6的SBS参数,其吸收系数约为0.003 cm-1,声子寿命约为0.25 ns,增益系数约为4.9 cm.GW-1。分析了入射光波长与介质SBS参数的关系,布里渊频移与入射光波长成反比,声子寿命与入射光波长的平方成正比,增益系数一般与入射光波长无关。在单池SBS系统中,利用Nd:YAG调Q激光器研究了C4Cl6的SBS性能。实验结果表明:由于其吸收系数小,与具有相同增益系数的H2O比较,C4Cl6具有较高的能量反射率(饱和能量反射率大于55%)和较宽的SBS脉宽;由于其声子寿命短,与具有相同吸收系数的CS2比较,C4Cl6的SBS波形上升时间较短。吸收系数小和声子寿命短的特点,使C4Cl6适合作为放大池介质,这对优化SBS介质选取,提高SBS系统性能具有一定意义。