DF/HF化学激光器喷管总压损失的数值模拟

DF/HF化学激光器需要体积庞大的压力恢复系统才能够工作。为了综合考虑激光器和压力恢复系统一体化设计,对DF/HF化学激光器的两种喷管的内流场采用了CFD技术进行了模拟,比较了它们的总压损失的差别和内流场的不同,并讨论了这种不同对整个激光器性能的影响。计算结果表明,细喉道的喷管不但有利于减小激光器增益发生器的尺寸,而且它的总压损失近似于标准喷管,从而不会增加激光器后部压力恢复系统的体积。

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。

三喷管型连续波HF化学激光器性能的数值模拟研究

利用压缩比例（ｃｏｍｐｒｅｓｉｂｌｅｓｃａｌｉｎｇ）方法模拟了三喷管型连续波ＨＦ化学激光器的喷管流场和光腔流场，研究了气体组分质量流量对激光器性能的影响，给出了光腔流场中平均腔压、平均辐射强度的分布以及激光器功率。

连续波DF/HF化学激光器收缩段氦气膜注入式新型喷管的理论研究

连续波(CW)DF/HF化学激光器喷管中一般有近20%的氟原子复合为氟分子,这是影响激光器抽运效率和激射强度的重要因素。尤其是壁面复合反应对氟原子的损耗占主要地位。通过喷管型面设计等方法减少氟原子的复合效果不共明显。结合航空领域中气膜冷却方案设想通过在喷管收缩段位置处注入氦气层,隔离氟原子气流与喷管壁面,实现降低氟原子损耗的目的,同时保护喷管壁面及喉道部分避免过度烧蚀。数值模拟结果显示此方法可同时实现对喷管壁面的冷却保护和有效提高氟原子的冻结效率。但注入的氦气将占据部分气流通道,影响主气流在喷管中的传输。在主气流属性保持不变的情况下,喷管出口平面(NEP)上氟原子绝对流率将下降。针对引入的不足,提出了几种改进方案。

DF／HF化学激光器狭缝气膜冷却式喷管喉道的设计

针对现有大功率DF／HF化学激光器增益发生器存在的喷管喉道烧蚀问题，采用狭缝气膜冷却式喷管实现对喷管壁面和喉道的保护。通过对不同气膜流量下喷管中流场参数的变化进行数值模拟，分析出气膜对主气流流动的影响，并得到气膜、主气流的理论喉道宽度与喷管物理喉道宽度之间的经验关系式，这对于狭缝气膜冷却式喷管喉道的设计具有指导意义。

光束变换环形孔径有源激光谐振腔模式的数值模拟

建立了燃烧驱动环柱型高能化学激光器环形增益介质的五种分布模型 ,使用差分和积分相结合的方法计算了束变换环孔腔在不同增益分布和折射率分布时的模式特征 ,研究了增益分布和折射率分布对束变换环孔腔输出性能的影响 ,结果表明束变换环孔腔在不同的增益介质及折射率分布情况下 ,仍然可以保持良好的输出光束质量 ,很高的提取效率 ,在化学激光器增益流存在激波扰动的情况下 ,输出光场的施特雷尔比仍达到 0 .8991,同时腔镜上光强分布较为均匀 ,可以避免镜面因热应力分布不均匀而造成镜面变形和破坏。该腔不但适用于高能化学激光器 ,也可以用于高能固体激光器 ,起到克服固体增益介质热畸变与热应力的作用 ,可获得优良的输出光束质量。

连续波DF化学激光器的数值模拟研究——不同燃料和稀释剂的性能差异

采用有限差分技术和压缩比例计算方法，对分别以Ｈ２和Ｃ２Ｈ４作燃料、以Ｈｅ和Ｎ２作稀释剂的燃烧驱动连续波ＤＦ激光器进行了数值模拟，给出了ＤＦ化学激光器燃烧室的平衡化学组分、光腔内平均小信号增益沿流场分布、激射谱线的强度分布、激光器功率和效率。计算结果表明：以Ｃ２Ｈ４作燃料、以Ｈｅ作稀释剂的ＤＦ化学激光器具有较长的可调节激活区，激光器的化学效率高。