连续波DF/HF化学激光器高超音速低温喷管混合性能的研究

高超音速低温(HYLTE)喷管是目前在燃烧驱动的连续波DF／HF化学激光器中广泛使用的一种喷管．为了掌握该喷管的混合性能，用激光诱导碘荧光(LIIF)法对实验室的单喉道小型燃烧驱动连续波DF／HF化学激光器的高超音速低温喷管的流场进行了测量。实验结果与理论研究一致，表明激光诱导碘荧光方法可以用于该种喷管混合性能的测量。     

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甚明显.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.     

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。     

连续波超音速氧碘激光器小信号增益数值模拟研究

氧碘激光器是目前波长最短的化学激光器,受到了人们的普遍关注,近年来发展迅速.氧碘激光器的研究涉及气动力学、化学反应动力学和高能激光物理等众多学科.作者曾采用预混模型,对氧碘激光器的光腔流场和小信号增益进行了数值模拟,研究了不同化学配比条件对光腔流场和小信号增益的影响.本文在此研究基础上,根据氧碘激光器的实际混合过程,建立二维数值模拟模型,对氧碘激光器的光腔流场和小信号增益进行了计算,比较了两种混合模型对计算结果的影响,研究了不同化学配比条件对计算结果的影响.(PC2)     

喷管结构对HF化学激光器性能的影响

利用有限差分方法对化学激光器的喷管及光腔流场进行了数值模拟，着重研究了喷管的几何结构对ＨＦ化学激光器性能的影响，计算结果表明，减少喷管喉部宽度，增加管的面积比，不仅有利于增强激光束的亮度，获得高功率高效率的激光辐射，而且对于化学激光器的腔压恢复也有积极作用，本文所得结果同样适用于ＤＦ化学激光器。     

连续波DF/HF化学激光器环形喷管与线形喷管的对比

环形喷管阵列主要用于环柱型化学激光器,它可以分为两种构型:直喉道型和圆喉道型。二者都可以由线性喷管阵列变换得到。在变换前后保持相同的增益区体积的前提下,环形喷管阵列的横向尺寸将减小为线性喷管阵列的1/π倍,这将更有利于激光器的紧凑化设计。由于圆喉道型环形喷管阵列相对直喉道型更具实用价值,通过三维的数值模拟,比较了圆喉道型环形喷管单元和线形喷管单元的流场特性。结果表明:在相同截面尺寸及喉道面积的条件下,环形喷管出口气流马赫数、气流速度分别比线形喷管高4.03%,0.356%,静温、静压分别比线形喷管低6.08%,19.7%。在喷管的收缩段,两种喷管的边界层发展规律及厚度值基本相同,而环形喷管的气流速度要快于线形喷管,因此环形喷管的氟原子复合比例要略低于线形喷管。     

CW—DF／HF化学激光器新型喷管气流掺混的数值模拟

针对HYLTE喷管的三维复杂外形,设计生成高效的计算网格.利用有限体积方法,通过求解带湍流模型的多组分混合气体N-S方程,建立了一套能对HYLTE喷管和光腔流场进行模拟的三维程序和方案.考虑到副喷管粘性边界层对喷管内流场的影响,喷管和光腔采用了一体化模拟,在不考虑化学反应的条件下,初步对HYLTE喷管和光腔"冷流场"进行了模拟.研究了喷管和光腔内的流场结构;氧化剂、燃料和稀释剂的掺混机理;喷管内的回流和气体分离等.所得到的冷流场结果可以作为反应流场模拟的初解,对程序进一步完善和反应动力学参数进行修改,可以模拟各种燃料体系和HF泛频激光的反应流场、小信号增益和FP腔的输出功率以及化学效率.(PC7)     

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，并且其激射谱线的强度分布更为集中     

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。     

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。     

CW DF/HF化学激光器性能与流场参数的相互关系

从增益系数、输出功率、激光效率的基本公式出发 ,得到了CWDF HF化学激光器性能对光腔中F和D2 H2反应区流场参数的依赖关系。利用数值模拟结果对该关系进行了验证。给出了提高CWDF HF化学激光器性能的F和D2 H2 反应区流场参数要求 ,为CWDF HF化学激光器喷管设计提供了依据     

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。     

DFHF化学激光器喷管流动数值模拟结果

模拟得到了喉部具有不同等截面段长度的二维喷管流场 ,指出了音速线随该长度的变化规律和等截面段最佳长度。模拟分析了三种不同方法设计的喷管流场和性能参数 ,结果表明新方法设计的喷管具有合适的横向速度 ,提高了喷管对F原子“冻结”效率、纵向速度等性能参数 ;能防止喷管内边界层分离和激波产生。并根据数值模拟得到的速度分布型计算了边界层位移厚度 ,讨论了DF HF激光器上述三种喷管内边界层发展规律。     

DF/HF化学激光器喷管设计和数值模拟

简述了喷管作用和单个喷管型面设计中存在的问题 ,根据气动理论提出了一种喷管设计新方法 ;介绍了DF HF激光器喷管流动数值模拟的控制方程、初边值条件和CS方法。     

高损伤阈值氟化氘腔镜研制

报道了氟化氘(DF)激光器腔镜的膜系设计、材料选取、制备工艺及其损伤阈值和热畸变测试结果。实验结果表明，镜面在21kW／cm^2功率密度下的热畸变为0．32左右(λ=632．8nm)，腔镜的损伤阈值大于40kW／cm^2。     

氟化氘化学激光器尾气有毒成分检测

检测分析了工作环境中氟化氘(DF)化学激光器尾气中的有毒成分浓度。应用高斯烟气扩散正态方程模式,建立了实验条件下的气体扩散理论模型,计算不同风速下的尾气浓度,根据污染物的浓度时空分布,选定采样点。制定了大气中微量氟含量的采样测定方法,在激光器不同出光条件下采集不同工作区域的大气进行测定,对实验数据进行了分析,并与国家标准进行比对。结果表明,DF激光器尾气排入大气中后,有毒成分在工作环境中有一定的残留,但浓度均在允许的安全范围内。     

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、化学效率的变化规律     

激光熔覆同轴送粉喷嘴研制

针对现有送粉喷嘴粉末汇聚性差、出粉口容易堵塞以及受热变形的缺点,设计了一种四孔式同轴送粉喷嘴。喷嘴中央为激光束及保护气通道,沿中心锥孔轴向均布的4个小孔,为粉末通道。建立了数值计算模型,应用FLUENT软件对粉末通道不同出口形状和不同倾角条件下粉末流场情况进行数值模拟,选择最优方案。计算结果表明,在其他工艺参数一定的前提下,采用收缩出口与粉末通道倾角为70°时有利于改善熔覆成形效果。最后利用研制的送粉喷嘴进行粉末汇聚、激光熔覆成形等实验,验证该送粉喷嘴的实验效果。