高马赫数高压力的氧碘化学激光器阵列喷管的数值模拟

采用计算流体力学方法,研究了以氮气为载气的新型高总压氧碘化学激光器(COIL)阵列喷管。模拟结果表明:采用高马赫数的氮气流引射低马赫数的氧气流,可以提高光腔出口的驻点压力;高超声速的氮气与声速的氧气混合较慢,在喷管出口安装翼片有利于增强气流混合;喷管出口安装大翼片,翼片诱导的横向涡可以到达氮喷管的中心,光腔内混合比较充分。通过采用10组分21反应的化学反应模型,模拟了阵列喷管内多组分气体的混合和化学反应过程。模拟结果表明:光腔内生成了激发态碘原子和基态碘原子,光腔中获得了正增益,而且光腔出口的总压也由2.6 kPa提升至28.9 kPa。

氮稀释高效电激励连续波HF/DF化学激光器

提出使用低温吸附泵代替传统的机械真空泵和洗消装置的设想,以大幅降低电激励连续波HF/DF化学激光器的体积和重量。针对该技术需将常用的氦稀释剂替换为氮稀释剂从而引起激光器效率大幅下降的问题,对超音速阵列喷管激光器进行了研究。为提高氮稀释剂激光器效率,研制了周期4 mm间隔排列的狭缝-列孔超音速阵列喷管,以代替传统的单通道燃料流横向注入增益发生器。以HF激光为例的实验表明:前者在放电管电极间距仅为后者一半的条件下,单管激励出的光功率由25 W提高到90 W,电光转换效率由0.8%提升到5.9%,燃料利用效率提高近4倍,从仅为氦稀释剂运转情形的一半变为略高于氦稀释剂情形。这些结果表明,通过专门研制的超音速阵列喷管大幅提高了氮稀释电激励连续波HF/DF激光器的效率。