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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>>

中国人民解放军国防科学技术大学
中国人民解放军国防科学技术大学

高性能、大压缩比化学激光器压力恢复系统研究

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...  (本文共183页) 本文目录 | 阅读全文>>

国防科学技术大学
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电激励连续波红外多波段化学激光器的研究

为了充分挖掘化学激光在中红外波段具有宽广覆盖的特色,拓宽电激励连续波化学激光器的应用范围,本文提出电激励红外多波段化学激光器的概念。电激励红外多波段化学激光器指利用高压直流放电作为激励方式,在同一台激光器上通过气路更换,在增益区生成一种或多种激活分子;再通过多波段光腔技术(更换腔镜或是采用全波段腔镜),实现各波段的分立激射或是多种波段的复合激射。最初的考虑包含泛频HF、HF、DF、HCl、DCl、HBr、CO2波段。本文提出基于F原子产生技术的泵浦反应体系,即利用F原子与H2、Cl2、Br2的快速置换反应获取H原子和自由卤素原子,解决了在电激励连续波HF/DF激光器平台上实现多种卤化氢(氘)激光的困难。研制了单放电管驱动的电激励HF/DF激光器和多放电管驱动的电激励红外多波段激光器实验平台。实现了具有代表性的HF/DF激光、HCl激光、CO2激光。在单放电管激光器上,HF激光多横模输出达到20W,DF激光多横模输出达到12W。实...  (本文共137页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(大连化学物理研究所)
中国科学院研究生院(大连化学物理研究所)

以氮气为载气的氧碘化学激光器的研究

在国内首次开展了以氮气为载气的氧碘化学激光器(简称N2-COIL)的研究,本研究是COIL 采用新型压力恢复系统? 低温分子筛吸附泵的前提条件,同时也是降低COIL 工业应用成本的必然要求。根据氮气取代氦气作为载气对COIL 的影响的理论分析,对N2-COIL装置进行了自主的设计并进行了实验研究,同时,对喷管和光腔的反应流场进行了三维的CFD 数值模拟。主要研究结果如下: 1. 通过对装置结构参数和实验条件的设计与优化,N2-COIL 的化学效率达到22.7%,喷管出口功率密度达到74W/cm2, 达到了与以氦气为载气COIL 相当的水平,表明氮气取代氦气作为COIL 的载气是可行的。 2. 理论分析表明,大比表面积、小反应区体积的氧发生器是高效N2-COIL 的关键。采用独特的方管射流式单重态氧发生器,实验获得氯气利用率大于85%,单重态氧的产率达到65%,水蒸气分压低于总氧分压的10%。 3. 超音速氧碘混合喷管出口设计马赫...  (本文共120页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(大连化学物理研究所)
中国科学院研究生院(大连化学物理研究所)

氧碘化学激光器氧发生器的主要参数测试

在氧碘化学激光器的研制过程中,单重态氧发生器作为其中一个关键的部件倍受人们所关注。氧发生器结构性能的好坏将直接影响到发生器的反应效率和激发效率,从而影响到激光器的化学效率。为此,优化氧发生器的性能参数就成为改进氧发生器结构性能的重要手段。一方面可以通过建立合适的理论模型来为发生器的改进提供理论指导,另一方面就是要通过一系列实验来直接研究氧发生器的性能,此时,氧发生器的一些重要参数的测试则起到了十分重要的作用,从实验上为氧发生器的进一步改进提供了依据。反映氧发生器性能的参数主要有三个,它们分别是:单重态氧产率,氯气利用率,出口处的水汽含量。迄今为止,已有许多技术和手段应用于这三个参数的测试,然而由于化学激光器的特殊性,这些测试手段都有着这样那样的问题。特别是对于单重态氧产率的精确测量,一直是一个世界性的难题。传统的顺磁共振法、光电离光谱法很难应用到化学激光器中去,量热法也由于电桥平衡比较困难而无法应用到目前大型的COIL上,目前常...  (本文共128页) 本文目录 | 阅读全文>>

国防科学技术大学
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环柱型高能连续波HF化学激光器研究

环柱型激光器是由环形增益介质和适于环形增益介质的谐振腔构成的一种紧凑型激光器。本文研究的环柱型高能连续波HF化学激光器由环形高超音速低温喷管阵列(HYLTE)和束变换环孔腔两大部分构成,主要目的是实现激光器高功率输出的同时,保持良好的光束质量,减轻镜面热负荷的不均匀性,实现高能化学激光器的紧凑化、小型化设计,同时,轴对称的排气方案使之更加适合于天基平台使用。束变换环孔腔结构复杂,设计难度非常大。文章给出了束变换环孔腔的设计方法,提出了使用等光程原理进行类锥形高次非球面镜设计的方法,这种方法具有快速、简洁,物理意义清晰的特点。给出了具有偏振混合效应的复杂结构环柱型激光器开腔模式的波动光学分析方法,建立了束变换环孔腔矢量形式的本征方程。通过对衍射积分方程的变换推导了实心光束传输的快速算法,使用坐标变换的方法以及合适的f参量的选取去掉了环形光场传输的偏微分方程初始条件的剧烈振荡,推导了腔内偏振混合效应的数学表达式,并给出了光场在复杂的...  (本文共126页) 本文目录 | 阅读全文>>