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连续波DF/HF化学激光器新型增益发生器的理论设计

增益发生器的设计是连续波DF/HF化学激光器的核心技术之一。本文在二维CR(Chamber—Radon)程序研究的基础上,采用有限体积方法和完全隐式的耦合算法,通过求解带Realizable K-ε两方程湍流模型的多组分、有反应的三维完全纳维埃—斯托克斯(N—S)控制方程,建立了一套能够对复杂形状的三维喷管和光腔进行数值模拟的三维程序,解决了连续波DF/HF化学激光器增益发生器设计缺乏三维数值模拟工具的问题,并用该工具解决了CR程序无法实现的HYLTE等复杂三维喷管流场的理论模拟问题。该程序还可应用到氧碘激光器(COIL)、泛频HF、全气态碘(I)等其它化学激光体系。另外,本文还讨论了新型喷管设计理论、思路和工程化等相关问题。新建立的三维程序在高质量网格、合理的初边值以及模拟方案基础上,采用振动非平衡—转动平衡模型和有限速率方程表达的111个单向基元反应的化学动力学模型,利用分子运动理论计算的输运系数和工程实验采用的滞止参数,对  (本文共167页) 本文目录 | 阅读全文>>

《强激光与粒子束》2010年09期
强激光与粒子束

连续波DF/HF化学激光器气膜冷却式喷管流场数值分析

增益发生器是连续波DF/HF化学激光器中至关重要的部件,尤其对于燃烧驱动型激光器,其主喷管中将有高温、高压、强氧化性的含氟气流通过。喷管壁面的催化效应将促使主气流中部分氟原子复合为氟分子,从而影响喷管出口平面上氟原子浓度,降低激光器功率和效率;同时,高温气流还将对主喷管壁面尤其是喉道部位产生烧蚀和腐蚀,降低器件寿命和运转稳定性。因此,对激光器喷管进行保护是十分必要的。借鉴保护航空器件中高温部件采用的气膜冷却方式[1],考虑利用惰性气体将壁面与主气流隔离。考虑到氟原子复合主要发生在主喷管收缩段附近区域,且为保护结构尺寸极小的喉道区域,我们设计了一种气膜冷却式喷管结构[2],即从喷管收缩段开始处注入氦气流。气膜冷却的各项研究结果显示,气膜以连续缝槽式结构注入冷却效果普遍优于3维离散孔形式,因为离散孔注入冷却气流无法完全覆盖孔之间的下游区域,且不同孔形状、射流角度等因素也将影响射流与主气流间相互作用及对壁面覆盖程度[3-7]。若在化学...  (本文共4页) 阅读全文>>

《电光与控制》2007年06期
电光与控制

DF/HF化学激光器关键技术研究状况评析

0引言从撤销“海石”计划开始,美国近年来陆续减少在化学激光器上的经费投资。特别是去年美国陆军又提出停止为主要化学激光器项目———战区高能激光器计划提供资金。而近年来,国外在固体激光器的光束质量、冷却技术、泵浦和非线性频率转换等方面都有了长足的进步,使得固体激光器成为解决目前强激光武器系统困难的可能途径,固体激光器大有替代化学激光器的趋势。这就引出化学激光器研究必要性问题,到底是激光器本身存在局限还是现有关键技术难以突破?本文试图通过对燃烧驱动连续波氟化氘/氟化氢(DF/HF)化学激光器关键技术发展状况的总结,分析目前激光器关键技术研究的不足,为完善提高激光器性能指出进一步研究方向。1基本结构及工作原理燃烧驱动CW DF/HF化学激光器实际就是将含氟氧化剂与含氢或氘燃料混合燃烧,燃烧引起的高温使氧化剂分解出F原子,F原子经超声速快速流动与喷管注入的D2或H2反应产生振动激发态的DF(v)或HF(v)产生激光。激光器主要由4部分组成...  (本文共7页) 阅读全文>>

《中国激光》2009年02期
中国激光

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

1引言 连续波DF/HF化学激光器一直都是高能激光器领域的杰出代表,而其高能量高效率的输出很大程度上得益于通过喷管将气动技术引入激光器。激光器中所用喷管的设计,基本要求是能够提供快速棍合、快速反应、低温、高速的气流。而在提升其气2期李兰等:连续波DF/HF化学激光器收缩段氦气膜注人式新型喷管的理论研究动性能的同时,主喷管对氧化剂主要成分—氟原子的冻结效率也是衡量激光器性能的重要参数。它将主要参与抽运反应,以形成粒子数反转分布,产生激射。主喷管中氟原子将主要受到三体复合与壁面复合反应的影响有所损耗,尤其在喷管收缩段壁面附近,由于气流温度较低,速度较慢,大量氟原子复合为氟分子,从而使光腔中热反应发生概率增大,激发态去激活速率增大,小信号增益下降,增益区变窄和输出功率下降。因此,为减少氟原子损失,曾考虑了诸多途径,如设计喷管型面等。但文献[1〕表明这种改善是较小的,在避免边界层分离的情况下设计收缩段型面,在仅考虑三体复合的情况下,氟原...  (本文共5页) 阅读全文>>

国防科学技术大学
国防科学技术大学

燃烧驱动连续波DF/HF化学激光器供气系统实验研究

燃烧驱动连续波超音速DF/HF化学激光器的出光功率水平与燃烧室中主燃料、氧化剂和稀释剂的气体流量密切相关,同时气体流量供给的稳定性对化学激光器的功率稳定性影响很大。基于临界流流量计的流量计量工作原理,本课题设计了管径为DN10和DN20的两套流量计量单路装置。基于虚拟仪器在数据采集、自动测试领域得到的广泛应用,本课题为两套流量计量单路装置开发了一套基于虚拟仪器技术的流量测量控制系统,并用LabVIEW软件编写了相应的测控程序。在此单路系统的基础上进行扩展,构建了一个以12个单路系统为基础的模块化供气系统,已经将此供气系统应用于实际的激光器中。本课题在设计的两套单路实验平台上进行了一系列实验研究,包括:对不同喉径文氏咀流量的测量、不同气体介质间流量换算的验证、文氏咀临界背压比测量等等。实验测量了几个不同喉径文氏咀的质量流量-压力特性曲线,并根据实验结果提出了大、小管径的单路中气体质量流量测量的不同处理方法;通过对几种不同气体介质的...  (本文共70页) 本文目录 | 阅读全文>>

《红外与激光工程》2013年05期
红外与激光工程

DF/HF化学激光器喷管总压损失的数值模拟

0引言DF/HF化学激光器需要游离的F原子和来产生激光[1-2]。喷管组件是化学激光器获得有效激射的关键部件之一,关系到增益介质的生成和光束的质量[3]。喷管冻结F原子,提供氟氧化剂流和氘/氢燃料流在光腔中快速混合、反应而产生激发态的DF/HF[1];喷管还为光腔中泵浦反应建立适当的压力、温度。其中低压环境是包括DF/HF化学激光器等此类激光器正常出光的重要条件[4-5]。为了让反应产物能排放到大气中去,这种化学激光器需要庞大而复杂的压力恢复系统才能工作[6-8]。为了减小整个化学激光器系统的体积,人们设想如高强压运转等许多方法以减少对压力恢复系统的依赖[9]。在激光器的整体设计当中,喷管的出口总压增大可以减小对压力恢复系统的要求,从而对减小整个激光器系统的尺寸意义重大。喷管内部的总压损失在没有发生气流分离的情况下,主要是由于粘性附面层引起的。为了比较总压损失的情况,文中采用FLUENT软件计算了标准喷管(喉部大于直径1 mm)...  (本文共4页) 阅读全文>>