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高性能、大压缩比化学激光器压力恢复系统研究

徐万武  
【摘要】: 压力恢复系统(PRS)是高能化学激光器的关键技术之一。本文以高性能、大压缩比化学激光器压力恢复系统为研究内容,通过大量的理论分析、数值模拟和实验研究工作,全面深入地开展了PRS系统各个子系统的研究工作,取得了许多重要的成果。 首先,介绍了国际上高能化学激光武器及其压力恢复系统的最新研究状况和发展趋势,对高性能、大压缩比PRS系统设计提出了要求。接着,推导了超声速引射器各种一维理论模型,并应用一维理论公式分析、比较了各种超声速引射器的性能及其变化规律,全面探讨了各设计参数对超声速引射器性能的影响,得到了高性能、大压缩比引射器系统应该采用小引射系数、高引射马赫数、燃气引射、优化超声速引射器设计方案的结论。随后,应用计算流体力学方法数值模拟求解了零二次流环型超声速引射器流场和有二次流存在时的超声速引射器流场,探讨了不同工作状态下超声速环型引射器的流场机理,研究了各种设计参数对环型超声速引射器启动特性和引射能力的影响。接着,开展了超声速环型引射器启动特性的实验研究工作,在大量小尺寸引射器空气引射启动实验、全尺寸引射器空气引射启动实验和燃气引射启动实验的基础上,得到了高工况、高引射马赫数下超声速环型引射器启动特性的变化规律,建立了超声速环型引射器启动特性的理论模型,提出了燃气引射条件下超声速引射器启动工况的综合参数;期间,研制出了PRS系统的关键子系统:燃气发生器,得到了点火可靠、燃烧效率高、可多次重复使用、工作稳定可靠、使用方便、耗费低的高性能燃气发生器系统。随后,开展了单级引射PRS系统与DF化学激光器的联试研究工作,通过大量的联试实验,研究了激光器配方、引射器引射能力、联试时序和扩压器方案等等,对扩压器和光腔的启动特性、光腔压强和出光功率的影响,得出了光腔压强过低、单级引射PRS系统无法满足其压缩比要求,需考虑采用两级引射PRS系统的结论。随即在单级引射系统研究成果的基础上开展了两级引射PRS系统的研究工作,首先采用了“亚-超”方案的两级引射系统,在大量的启动实验、与激光器 国防科学技术大学研究生院学位论文 巴竺巴巴巴二二巴二巴巴巴竺竺竺竺 联试实验的基础上,对两级引射系统作了重大改进,设计出了先进的“超一超”方 案两级引射PRS系统,该系统与DF化学激光器联试时,激光器的光腔压强和出 光功率达到了接真空罐时的水平,高性能、大压缩比压力恢复系统的研究取得了 巨大成功。最后,针对单模块PRS系统向多模块PRS系统移植时遇到的多模块 扩压器的扩压分流问题,应用数值方法探讨了超声速扩压分流弯曲管道的优化设 计问题,得到了较优化的多模块扩压器设计方案。


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