低气压超声速连续波HF化学激光器的介质光抽取效率

根据气流与化学激光的“对流－非平衡交叉驰豫”的理论，对于气流介质的湍流和层流混合两类流动模型，数值模拟计算了低气压超声速连续波ＨＦ化学激光器的介质光抽取效率。

DF/HF化学激光器HYLTE喷管的副喷管质量流量系数

对DF/HF化学激光器HYLTE喷管的副喷管质量流量进行了数值和理论计算,得出入口滞止压力在0.01～0.4MPa之间、喉道半高度在0.1～0.9mm之间的喷管的氘气,氢气和氦气质量流量系数,总结出质量流量系数随入口滞止压力和喉道高度的变化规律,并给出拟合公式,为副喷管的设计提供依据。

氧碘化学激光器超声速段射流工作方式性能的数值研究

氧碘化学激光器(COIL)的混合喷管内发生的是气体动力学、化学反应动力学以及光学等相互耦合的复杂过程,每个过程都对COIL性能有着至关重要的影响。利用3维计算流体动力学技术,通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程对简化的氧碘化学激光RADICL模型进行数值模拟与分析,结合10种组分和21个基元反应的化学反应模型,对COIL超声速段射流情况下喷管内的流动及混合情况,尤其是产率、分解率、泵浦率和小信号增益系数的细致3维空间分布进行研究。结果证明超声速段进行射流有利于提高COIL的性能表现,可以充分利用高增益区,光腔位置增益可以达到0.012 cm-1,与亚声速段射流相比总压恢复性能提高,混合有待加强。

DF/HF化学激光器关键技术研究状况评析

介绍了燃烧驱动连续波DF/HF化学激光器的基本结构和工作原理,通过对国内外1973年以来大量文献进行分类和总结,对化学动力学和喷管混合性能研究等关键技术展开了较详细的综述、分析。特别从理论模型、试验研究和数值模拟等3个方面对各国喷管混合性能方面的研究状况进行了较全面的归纳总结;指出了国内研究工作的不足之处以及该激光器相关关键技术的进一步发展方向。认为只要攻克这类关键技术,实现该激光器的高效性、紧凑化进而突破其作为战略武器的局限性,则该激光器仍然具有作为高能武器的优势。

用LIIF法测量DF/HF化学激光器喷管混合性能的数值分析

激光诱导碘荧光(LIIF)是一种很好的流场测量技术,为了验证该方法测量化学激光器流场混合性能的精度,模拟得到连续波DF HF化学激光器的HYLTE喷管冷流场,并计算了用氦碘混合气体作为氧化剂流、用氦气作为燃料流的HYLTE喷管的流场。通过比较前一流场中的氟原子和后一流场中的碘分子的摩尔百分比分布情况得知,当作为氧化剂流的氦碘混合物中碘的质量百分比在54%左右时,用LIIF法测量DF HF化学激光器喷管的混合情况具有较高的精度。

小型电激励连续波HF/DF化学激光器研究进展

小型电激励连续波HF/DF化学激光器具有广泛的用途和重要基础研究价值,本文介绍了四种放电类型的小型电激励连续波HF/DF化学激光器的研究工作,并对各类型激光器的优缺点进行了讨论。

直排型DF/HF化学激光器扩压器喉道最佳长度实验研究(英文)

为了研究扩压器喉道长度对直排型连续波DF/HF化学激光器起动特性的影响,建立了一套化学激光器气流通道双喷管小型实验模型。在无二次流的条件下,通过选用喉道长度不同的扩压器进行实验,分别得到对应的起动压力和工作压力,并将起动压力和工作压力的大小作为评价扩压器喉道长度优劣的依据。实验数据显示,对于该特定结构的直排型DF/HF激光器气流通道双喷管实验模型,扩压器喉道最佳长度为等效直径的17倍。

连续波DF/HF化学激光器气膜冷却式喷管流场数值分析

在连续波DF/HF化学激光器主喷管收缩段采用气膜冷却方式,从3维离散小孔注入氦气射流以隔离壁面和主气流。通过对3种气膜孔排布方式下喷管内主气流状态进行数值模拟研究,分析氦气与主气流之间的相互作用,比较了不同方式下主气流氟原子冻结效率及壁面冷却效果。考虑到DF/HF化学激光器主喷管结构尺寸较小,采用适当间隔的单排圆孔注入是现实可行的,并有望达到较好的冷却保护效果,从而提高激光器运转效率。

超声速氧碘化学激光的性能分析

通过对超声速氧碘化学激光 (COIL)的功率和效率计算 ,导出了适合于均匀和非均匀加宽效应同时起作用和非均匀加宽效应占优的情况 ,以及考虑频移效应的速率方程 (RE)模型 ,得到了温度、压力、碘浓度以及频移对 COIL的功率和效率的影响。

直排型DF/HF化学激光器双喷管模型启动特性

建立了一套直排型DF／HF化学激光器气流通道双喷管小型实验装置，通过选择不同副气流总压（模拟燃烧室气流）进行实验，研究了副气流总压对双喷管实验装置启动特性的影响。实验结果表明：随着副气流总压的增大，装置的启动压力降低，盲腔条件下的启动压力明显高于有副气流时的启动压力。因此，先通入燃烧室气流，再开通引射气流，对直排型连续波DF／HF化学激光器的启动是有利的。采用1维处理方法，建立了从引射气流喷管入口、副气流喷管入口到扩压器出口的理论模型，得到了与实验一致的规律。由于1维理论中采用了一些近似处理，实际启动压力比理论数据高20％～31％。

直排型连续波DF/HF化学激光器气流通道模型中氮作引射气的相变问题

为了研究直排型连续波DF/HF化学激光器的启动特性,建立了一套化学激光器气流通道双喷管小型实验模型。以氮和氦作为引射介质,采用两种面积比的引射喷管,进行了启动实验。实验表明,当以氮作为引射介质,采用大面积比的引射喷管进行实验时,实验数据与1维理论计算结果相差很大。分析认为,该次实验中,在引射喷管内剧烈地膨胀后,部分N2已经发生相变,理论计算采用的1维定常流处理法已经不再适用。计算表明,连续波DF/HF化学激光器中的光腔燃料和副稀释剂He不会发生相变,但当以N2作副稀释剂时,副稀释剂喷管面积比不能过大。

HF/DF化学激光器的研究进展

HF/DF激光器作为光电对抗设备的中波红外备选光源受到研究者的普遍关注。本文对HF/DF激光器几十年的发展进行了回顾和分析,并在此基础上对其未来的发展方向进行了预测和探讨。

连续波DF/HF化学激光器喷管中氟原子复合计算

氟原子是连续波DF/HF化学激光器泵浦反应的重要参与者,其浓度分布尤其直接影响冷反应型激光器的泵浦效率及激射强度。在参与反应之前,氟原子将受到三体复合和壁面复合因素的影响而部分复合为氟分子。研究该因素对氟原子浓度的影响对激光器的分析优化是十分重要的。已有一定的实验方法可对其浓度进行测量研究,并建立了理论模型描述。将其与计算流体力学方法相结合对氟原子分布进行计算,研究了该方法的有效性,并对不同收缩段型面下氟原子复合进行了计算研究。

用于泵浦非链式HF/DF化学激光器的重复频率电子束发生器研究(英文)

正在研究的1Hz重复频率电子束泵浦HF/DF化学激光器,预期产生的电子束能量为0.5MeV、束流强度为100kA、束流脉冲宽度为100ns。在该系统设计中,使用了一个脉冲变压器来对脉冲成形水线进行双共振充电。脉冲变压器的初级、次级电感与互感分别为331nH,26.5μH与1.9μH。脉冲成形线的电容、电感与阻抗分别为8.15nF,300nH与6.2Ω。脉冲成形线在1MV的峰值充电电压下的击穿因子为0.3。在3.3%的能量转换效率条件下,预期可以产生的HF/DF激光脉冲能量为250J以上。

HF/DF激光传输的大气衰减特性

大气中的水汽对DF激光主要强线的吸收相对较小,而HF激光的大多数谱线受水汽和CO2分子等的吸收较大。利用较新的HITRAN96数据库和我国不同地区的气象资料,采用逐线积分法计算了HF/DF激光的大气衰减情况。所选的谱线中,在合肥地区(年平均),HF的水汽吸收系数最大值可达到10km-1的数量级,二氧化碳吸收系数最大可达10-4～10-3km-1量级,P2(8)线吸收最弱;DF激光水汽吸收系数最大值可达到10-1km-1,比HF低2个量级,且随高度衰减很快,10km处就到10-5～10-4km-1量级,P2(8)线吸收最弱。在我国,由南向北,由夏季到冬季,水汽浓度减少,大气对HF/DF激光的吸收率也相应地递减。

氯流量为10mmol／s的高效超声速氧碘化学激光器

对体积不大的超氧碘化学器进行了实验参数研究。表明当碘蒸气加进单态氧的揉合点从亚声速转移到超声速时，气体流动和氮温降低可提高激光输出功率。当谐振腔中的马赫数为１．５及氮８流量为１０ｍｍｏｌ／ｓ，时，得到２００Ｗ的功率。表明所有的气体流量及单态氧发生器中的压力增加１．６倍，

气流化学激光理论研究的若干进展

以超声速HF/DF化学激光和超声速氧碘化学激光(COIL)为代表的气流化学激光(GCL),因其科学意义、军事和工业应用价值,近30多年来得到了突飞猛进的发展.由于超声速膨胀混合流在控制强放热反应动力学和热力学过程方面的特殊本领,使气体动力学在高功率GCL的发展中起着关键性的作用.高功率GCL性能的分析计算自然也沿用非平衡气体动力学的方法,假定气流(包括激光能级分子和原子)为连续介质,谱线为均匀加宽,并联立求解气体动力学方程组,增益动力学和基于光强迭加原则的辐射传输诸方程,称为速率方程(RE)模型. 20世纪70年代后期又提出和发展了GCL性能计算的半气体动理学(SGK)模型,在SGK模型中仍假定气流为连续介质,但同时考虑了激光能级分子微观热运动的贡献,谱线加宽的非均匀加宽效应,并用双参数摄动法求解激光能级分子速度分布函数方程组(即广义Boltzmann方程组),因此SGK模型是一个同时考虑宏观和微观尺度运动的跨尺度模型.本文综述RE模型和SGK模型以及用它们预测GCL性能的若干研究进展,同时简评等增益模型和腔模(模图样)理论研究的一些进展.最后从气体动力学的角度提出一些值得进一步研究的课题.

主流无载气N_2-氧碘化学激光配气方式的数值优化

针对主流无载气、副流以氮气为载气的氧碘化学激光(COIL),应用求解3维多组分化学反应流方程的数值方法,对流场和物理化学的耦合过程进行细致研究,对副流载气变化带来的问题及性能提升的手段、特别是合理的配气方式进行深入分析。结果表明:传统的在亚声速段进行喷流的配气方式不适用于主流无载气N2-COIL系统,必须采用超声速段射流方式;合理的流量配比条件下,超声速段射流方式COIL光腔位置处增益可达1.5%cm-1;N2-COIL流场边界层厚度明显减小,拓宽了增益的有效分布区域。

基于混合发展的超声速段射流式COIL的数值优化

应用CFD技术,发展三维多组分化学反应流计算程序,对采用超声速段射流方式的氧碘化学激光进行数值模拟,考察分解率与增益等参考变量的详细三维分布.计算结果说明,超声速区域的高速流动以及混合效率降低使COIL无法在有限空间内完成整个运转流程;提高碘含量以加快反应速度的手段导致主流无法提供足够的载能介质,无法形成合理增益.在不改变喷管长度的前提下,提出主流无载气方式的探索,结果证明了超声速段射流方式采用无载气主流配置的可行性与优势,通过减小气流速度保证混合与化学反应在光腔上游完成,在合理的流量配比下光腔位置处可得到1.3%cm-1的增益峰值.

高功率激光器及其应用的新进展——第12届气动与化学激光国际研讨会和高功率激光会议见闻

１９９８年８月３１日至９月５日在俄国圣彼得堡召开的第１２届气动与化学激光国际研讨会和高功率激光会议（ＧＣＬ／ＨＰＬ’９８）主要报告了各种高功率激光器及其应用，１００多位与会代表来自美、德、日、法、意、荷、以、英、捷、韩、罗、波、印、中、俄等国。会议前...