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。

氮稀释剂连续波DF激光器输出光谱分析

为获得氮稀释剂燃烧驱动连续波DF激光器输出光谱特性,利用傅里叶红外光谱仪对Z型折叠非稳定光学谐振腔DF激光器的外传输光路高反射镜散射激光进行了光谱分析.结果表明:采用N2稀释剂的DF激光输出谱线向长波偏移,有效输出波长大于4.0μm的3P10～3P13谱线,且各振动能级跃迁谱线为更高转动量子数跃迁谱线.各支谱线存在谱带间和谱带内竞争,且在一定程度上体现级联效应.改变燃烧室反应氧化剂过量系数,能够在一定程度上调节DF激光输出谱线分布.过量的副燃料主要为满足气动性能需求,在合适范围内变化的副燃料比对输出谱线及分布影响较小.研究结果可为燃烧驱动连续波DF激光技术研究及应用提供参考.

氮稀释气体氧碘化学激光3维喷管流动模拟

应用改进的3维化学反应流程序,对基于RADICL装置、以氮气为稀释气体的化学氧碘激光喷管流动做了数值模拟。给出了达到合适副气流穿深的主副气流匹配条件,考虑了提高水汽流量、改变主副气流总温对增益系数的影响,比较了与以氦气为稀释气体的不同特点。结果发现:氮气作为稀释气体条件下,混合气体的流速低,静压大,在亚声速区驻留时间长,碘分子离解快,使得增益系数峰值增大,且下降快。模拟结果提示:改变喷管结构,将副气流喷孔下移,增益分布得到了改善。

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。

激光诱导荧光技术在高焓空气氮原子测量中的应用

高超声速飞行器再入大气层时,受到激波的压缩和激波层内粘性阻滞作用,周围绕流流场的空气温度在4000~15000 K之间,使空气中的氧、氮分子发生离解,从而出现高温气体效应,形成高焓化学非平衡流。飞行器表面防热材料基本都含有大量的碳元素,通常情况下主要是氧原子与碳发生反应,但在焓值大于18 MJ·kg^(-1)的情况下,氮原子与飞行器表面碳反应的无量纲烧蚀因子BC N>0.1725,此时碳在高焓空气介质中的无量纲质量烧蚀因子BC air>0.345,因此,碳的氮化烧蚀变得非常剧烈,和氧化烧蚀相当;同时离解的氮原子也会在飞行器表面发生催化复合反应放出大量的热,使飞行器表面承受更多的热载荷。因此,分析高焓化学非平衡流流场中的氮原子具有现实意义。在地面模拟设备中建立高焓化学非平衡流场,对氮原子进行测量技术,可以很好的对其进行研究。双光子吸收激光诱导荧光(TALIF)技术作为一种非接触测量,在不干扰流场环境的情况下,可以直接获得氮原子的浓度分布。对流场氮原子激发荧光,通过布置在风洞试验段外与流场和激光形成的平面呈垂直方向的ICCD获取到二维氮原子的荧光信号。为确保荧光图像的清晰及视场合适,选择了Nikon f=50 mm F/1.4镜头作为前级收光设备。实验成像采用50次曝光的累计结果,以消除气流扰动及激光能量抖动造成的不确定性。实验中,在理论激发波长附件进行测试,优化选择出206.717 nm作为正式实验中脉冲激光的最佳激发波长。在最佳激光波长条件下,从小到大调整激发能量,获得了该环境下的氮原子激发的非饱和线性区为1.8 mJ以下。正式实验过程中激光能量为1.6 mJ,处于线性区。对所获取的荧光图像进行处理,提取激光中心线上的荧光强度进行分析,发现无论是亚声速还是超声速,荧光强度沿径向都呈驼峰状分布,与之前氧原子测试结果比较,发现流场中氮分子还未完全离解,这符合实验风洞流场特性。

超音速氮稀释连续波HF化学激光器小信号增益测量

以氮为稀释剂的电激励连续波HF/DF化学激光器可以使用低温吸附泵代替传统的机械真空泵和洗消装置,大幅度降低激光器的系统体积和重量。使用小信号增益测量系统对某超音速氮稀释电激励连续波HF化学激光器的增益分布进行了测量。得到了在4种不同激光功率下P1(4),P1(6),P2(4)～P2(6)谱线的增益系数分布曲线。测得P2(4)为最强增益谱线,最大值为0.1cm-1;最强增益位置与最佳光轴位置相符;超音速气流使增益区延伸达2.5cm。

氮作稀释剂DF化学激光器性能评价

对氮作稀释剂DF化学激光器的实用化途径进行探讨,对实验输出性能进行分析研究,并与一般的氦稀释剂DF激光器性能作一比较,结果表明,单从器件本身输出性能来说,氮稀释剂略次于氦稀释剂,但从综合性能考虑,氮稀释剂DF化学激光器仍是实用型器件理想的候选者之一。

《金属-有机框架》专辑序言──金属-有机框架:新型多功能材料

金属-有机框架是由金属离子与有机配体通过配位键形成的三维框架材料,是近几十年来配位化学领域中发展较快的新型多功能材料。自上世纪90年代以来,金属-有机框架的研究呈现空前的增长,目前已有大于20000例的金属-有机框架被报道。金属-有机框架可变的金属中心及有机配体使其结构与功能具有多样性。金属中心的选择几乎覆盖了所有金属,包括主族元素、过渡元素和镧系金属。而配体的选择,除了传统的氮杂环和羧酸类配体外,还可以引入一些官能团对其进行修饰,

连续波DF化学激光器无稀释剂实验及其分析

为了增强对燃烧驱动连续波DF化学激光器的理解,特别是为了提高对燃烧室中F原子产生环境和光腔内激射环境的认识,进行了一系列DF激光器无稀释剂条件下的出光实验。结果显示,无主稀释剂条件下,DF激光器同样可以达到较高的功率水平和质量流比功率,无副稀释剂条件下,输出功率和比功率将损失一半左右。根据实验数据,定性地分析了主、副稀释剂对激光器运转的影响。DF化学激光器能够在无稀释剂条件下出光,为简化激光器设计提供了依据。