化学激光器1/4环柱型增益发生器

设计并搭建了化学激光器1/4环柱型增益发生器的实验系统。按设计流量进行了出光实验,功率计探测到的出光功率在60W左右。测量了燃烧室温度及压力,与Alpha激光器HL911-3实验数据类似,燃烧室温度及压力曲线都存在一个爬升阶段。环柱型增益发生器沿角向扩张的特点使得光腔区压力很低,仅为0.5kPa左右。为验证环柱状增益区的有效形成,对3对取光孔分别进行了出光实验,结果表明每对取光孔都有功率输出,证明设计的增益发生器运行正常。

增益发生器中多孔管分流均匀性的数值计算

通过数值计算的方法,分析了反应气体流量等级提高对增益发生器中多孔管分流均匀性的影响,计算证明经典设计中流量等级达到500%,多孔管分流均匀性变差;确定了小孔入口静压为流量分布均匀性的关键影响因素,并提出了两种优化方案,计算结果验证了两种优化方案均能改善高流量时多孔管分流均匀性。

高恢复压力氟化氘增益发生器技术研究

增益发生器是影响高能氟化氘(DF)化学激光器恢复压力的核心组件,采用传统增益发生器的DF激光器尾气恢复压力约为6.7kPa。设计了一种紧凑化TRIP型增益发生器,突破了高腔压运转、主气流气幕和激射腔边壁回流抑制等关键技术,实现了DF激光器尾气恢复压力的大幅提高。实验结果表明,在面积比流量为1.3～3.3g·s-1·cm-2的范围内,随着增益发生器面积比流量的提高,激光器尾气恢复压力有效提高,面积比功率持续增加;在面积比流量为3.3g·s-1·cm-2条件下,DF激光器可以实现26.7kPa背压(海拔10km大气压)下的高效运行。

两步燃烧法应用于气膜冷却式增益发生器流场数值模拟研究

研究了将分别应用在连续波DF/HF化学激光器增益发生器上的气膜冷却方式和在燃烧室中的两步燃烧方式相结合的方式,这可通过转移部分主稀释剂至主喷管收缩段注入来实现。通过数值模拟方法对该应用下光腔内流场进行分析,结果显示谱线小信号增益系数有小幅增大,但两步燃烧方式较高的燃烧效率没有显著体现,且高温气流对燃烧室提出更高要求。通过增加氧化剂过量系数可降低燃烧室总温,且增益系数有所增大。

化学激光扩压器研究

介绍了与化学激光某种类型增益发生器相连的叶片式扩压器的设计及其试验研究,验证扩压器的压力恢复特性。对于激光器标准质量流率,通过实验获得了不同背景压力条件下,该扩压器静压曲线,以及功率下降率与背景压力的关系曲线,得到该质量流率的恢复压力数据。而且,在保持相同的配比(即相同的平均分子量和平均比热比)条件下,获得了激光器125%、150%倍的标准质量流率下,该扩压器的恢复压力数据。试验验证出随着质量流率的增加恢复压力呈线性增长趋势的规律。

基区无吹氦环柱型高超音速低温喷管流场分析

设计了小基区、基区不吹He的环柱型高能化学激光器环形HYLTE喷管阵列,并使用数值模拟的方法对环形HYLTE喷管阵列流场的气动性能和光学性能进行了分析．结果表明,该设计有利于形成v=1→v=0 之间振转跃迁谱线,不利于v=2→v=1之间振转跃迁谱线的形成,由于光腔区绝大多数的HF(2)分子碰撞去激活后成为HF(1)分子,从而使1P谱线的小信号增益倍增,无基区吹He的设计有利于提高高能化学激光器的效率．采用小基区的设计可以增大喷管阵列的功率流密度,无基区吹He的设计不但可以使复杂的环形高超音速低温喷管叶片的加工与装配得到简化,而且降低了激光器工作气体的消耗．因此该设计不但有利于实现高能激光器的紧凑化设计,还有利于节省高能激光器建造和运行的成本．

上海深紫外自由电子激光的非线性谐波辐射研究(英文)

自由电子激光中的非线性谐波辐射能达到较高的谐波功率,可以用来得到短波长辐射或者降低第4代先进光源对电子束团品质的严厉要求。基于3维自由电子激光软件,深入详细地研究了上海深紫外自由电子激光装置的非线性谐波辐射,并且提出了谐波辐射实验和测量建议。研究表明上海深紫外自由电子激光装置3次非线性谐波辐射的功率可以达到基波功率的2%水平。

三股互击式喷注器及燃烧室流场的数值模拟

结合旋涡耗散模型及Arrhenius化学反应速率系数来描述燃烧室内的化学反应,对三股互击式喷注器及燃烧室的冷流场及有反应流场进行了三维的数值模拟研究.引入螺旋度及混合长度参量分析了三股互击式喷注器的混合机理和混合效果,获取了燃烧室的关键特征参数,如总温、总温的空间分布、气流在燃烧室内的驻留时间等.对燃料组合分别采用F-O-F,O-F-O的喷注器及燃烧室的流场特性进行了比较分析.对于一定的燃料配比和燃烧室特征长度,燃料组合采用O-F-O时,在燃烧室出口的F2解离度比F-O-F要高出13.5%.实验证实激光器出光功率提升了17%.

百瓦级中红外DF激光器实现10分钟稳定运行

长时间运行的高平均功率中红外激光器在光电对抗等领域中具有重要的应用价值。氟化氘(DF)化学激光器是一种典型的中红外激光器,已经实现了高功率高光束质量运行,但可长时间连续运行的氟化氘激光器鲜见报道。本课题组基于微结构水冷增益发生器、一体化谐振腔的系统配置,研制了一台可长时间稳定运行的百瓦级氟化氘激光器,如图1所示,实现了中红外激光10min连续稳定输出。

燃烧驱动溴化氢化学激光器的数值模拟

采用敏感性分析方法研究了溴化氢(HBr)化学激光器的反应机理,分析了主导反应和关键参数之间的关系。分析了温度、压力及关键中间物的敏感性系数,确定了温度对HBr不同振动态布居的有效性调控。利用计算流体力学(CFD)研究了HBr化学激光增益发生器,给出了流场内部的温度、浓度分布。结果表明:当HBr化学激光器的内部初始反应温度在500 K左右时,能获得高振动态的输出。