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基区引射式连续波DF/HF化学激光器研究

闫宝珠  
【摘要】: 紧凑化是燃烧驱动连续波DF/HF化学激光器实用化需要研究的重要内容之一,本文重点研究了实现紧凑化的一种新的技术途径——基区引射式连续波DF/HF化学激光器,解决了低腔压和高恢复压力之间的矛盾等技术难题,为未来实现连续波DF/HF化学激光器直排大气奠定了基础。 根据一维定常流理论和相关实验数据,本文设计并建立了模拟基区引射式连续波DF/HF激光器气流通道的单路和双路冷试装置。利用单路装置,研究了工作介质气动参数和基区对基区引射式连续波DF/HF化学激光器启动特性的影响,比较了两种类型基区的差异;利用双路装置,研究了基区引射式连续波DF/HF激光器中主气流的加入对装置启动状态的影响,分析了引射气流N_2、光腔燃料和副稀释剂的相变问题,另外,对于双路装置这种特定结构,实验研究了扩压器喉道的最佳长度。这些实验为基区引射式连续波DF/HF激光器中引射气流的设计和喷管、扩压器等结构的设计提供了参考。 为了获取基区引射式连续波DF/HF化学激光器中出光气流的流量参数和工作时序等参考数据,基于一台小型燃烧驱动连续波DF化学激光器,开展了无稀释剂运转实验,并研究了功率提取对激光器光腔出口气流参数的影响。结果表明,在小功率DF/HF化学激光器中,可以采用无稀释剂的运转方式,对于大功率DF/HF激光器,适量的副稀释剂是非常必要的;随着激光器质量流比功率的增大,光腔出口气流的总压、速度和马赫数增大,静压、静温和总温减小。 在以上工作的基础上,本文研制了一台基区引射式燃烧驱动连续波HF化学激光器热试验台,并对其开展了有、无二次流条件下的启动实验和真空出光实验,通过这些实验,获得了整个装置的启动特性等参考数据,提高了激光器在真空条件下的输出性能,同时,也对激光器的各组成部分进行了逐个验证;然后将各部分联试,进行了引射出光实验,解决了实验中遇到的若干问题;最后进行了不同背压下的真空出光实验和引射出光实验,前者得到了该激光器在无引射条件下形成有效激射的背压上限为4kPa,后者在50kPa的背压条件下,获得了大于0.85W的激光输出,约为相同流量参数条件下真空出光输出功率的1/8,从而证明了“基区引射”的压力恢复能力。 本文研究的基区引射式连续波DF/HF激光器是化学激光领域中一个非常有意义的前沿课题,它有助于实现连续波DF/HF激光器系统的紧凑化。为此,本文通过建立理论模型和开展系统的实验,深入阐述了“基区引射”的工作机理,验证了“基区引射”的压力恢复能力,并获得了基区引射式连续波DF/HF激光器设计的参考数据,为进一步优化引射气流,优化结构和流量配比,进而提高基区引射式连续波DF/HF激光器的整体性能,奠定了理论和实验基础。


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