HYLTE喷管流场混合性能的实验和数值模拟研究

 用激光诱导碘荧光的方法对高超音速低温喷管的混合性能进行了测量，并用CFD软件FLUENT模拟了喷管的流场。两种方法所得的结果吻合得较好，在所给的参数条件下，燃料穿过氧化剂流，后者先被前者压缩，然后稍有膨胀。两股气流充分混合的地方距喷管出口平面10mm左右。实验与模拟的主要差别在于两股气流相遇后，实验结果中气流方向变化不大，而在模拟结果中，气流方向改变为基本上与x轴平行。     

带二次流的多喷管超声速引射器性能实验研究

 为研究多喷管超声速引射器在有二次流情况下的性能,采用模拟器产生给定总温和总压的模拟二次流,在多喷管超声速引射器实验台上进行了一系列实验。重点考察了多喷管引射器的性能以及一次流总压和喷管安装构型对其性能的影响。实验结果表明：多喷管超声速引射器可保证二次流在设计工况下正常工作;二次流的加入大大减小了一次流的总压损失;较低的一次流总压具有更好的压力匹配性能,但引射增压能力也有所降低;合理的喷管安装构型可同时提高引射增压能力和压力匹配能力。提出了将二次流作为“助推器”,以帮助多喷管引射器在较低工况下实现启动的方案,在不增加系统复杂度的前提下提高了引射器的压力匹配能力。     

线性喷管构形对激光推力器冲量耦合系数的影响

 喷管是激光推力器的重要组成部分。在设计喷管构形时,可以使其与聚光系统一体化设计,也可以把聚光系统和喷管分离设计。针对聚光系统与喷管分离设计的工作模式,建立了一种辅助聚焦系统的点火模型。通过改变喷管的构形,分析了圆锥形、圆台形喷管的冲量耦合系数与喷管顶部直径与出口直径之比以及喷管长度与出口直径之比之间的关系。通过对推力曲线的分析,阐述了喷管结构参数对其性能影响的原因。研究结果显示,圆台形喷管的推进性能优于圆锥形和圆筒形。     

喷管长度对直筒型激光推力器推进性能的影响

"烧蚀模式"激光推进是利用强激光烧蚀推力器自身携带的工质产生的高温高压气团反喷进行驱动的,推力器的喷管构型对推进性能有重要影响。鉴于此,从实验和数值模拟两个方面研究了喷管长度对直筒型激光推力器推进性能的影响。实验发现,衡量推进性能的2个主要参数冲量耦合系数和比冲均随着喷管长度的增加而增加,不过前者的增长呈渐缓趋势。综合考虑推进参数和推力器自重的影响,导出了推力器获得最大单脉冲速度增量(ΔvT)的最佳喷管长度公式。数值模拟得到的不同喷管长度推力器推进参数的变化规律与实验结果基本吻合:若喷管长度过短,则高压气体未能充分作用于推力器就被排出筒外,造成了能量的浪费;若喷管长度过长,筒内压力的衰减则成为影响推进性能的主要因素,从而解释了直筒型推力器的推进性能的增长趋势随喷管长度增加而逐渐趋缓的原因。     

轴对称喷管推力特性的计算

一、前言 航天航空工程中广泛应用轴对称超音速喷管。为了提高喷气推进的性能,各国都很重视对轴对称超音速喷管的研究,以期获得尺寸、重量小,性能良好的结构。为了节省实验研究的工作量,本文试图用理论计算的方法对喷管的推力特性进行估算,为试验选型提供一些数据。为了估算喷管的推力,我们把喷管内的流场分为主流与边界层二个区,主流区的流动用无粘流模型进行计算,邻近壁面的边界层则用边界层理论进行计算。最后根据喷管出口截面上气流的压强、密度和流速分布,求出喷管的推力。     

激光推力器喷管热防护实验研究

基于激光推力器喷管热烧蚀因素分析，初步提出了反射式和吸收式两种喷管热防护方法，并相应设计了两种喷管。以10 kW级脉冲式CO2激光器为光源，三次反射激光推力器为对象，进行了两种方式下两种喷管的热防护初步实验研究。结果表明:两种喷管均发生不同程度烧蚀，与相对聚焦位置和激光作用时间有关；反射式热防护通过喷管光学表面对透射激光能量进行二次聚焦，以及良好的循环冷却，可能成为将来激光推力器喷管热防护的备选方案之一。     

Laval喷管内激波位置的计算及制冷性能分析

明确激波在Laval喷管内的发生位置,能够为设计及优化Laval喷管线型提供理论依据,从而提高Laval喷管的制冷性能和整个天然气超音速分离器的分离效率。文中对Laval喷管进行了结构设计,对不同背压条件下Laval喷管内激波位置进行了理论分析与计算,并利用FLUENT软件进行了数值模拟,通过研究不同背压条件下Laval喷管内气体马赫数、压力和温度分布,对喷管制冷性能进行了对比分析。结果表明:保持Laval喷管入口压力不变,随出口背压增大,激波位置逐渐从喷管出口向喷管入口方向移动,气体受到激波的影响,在喷管所能达到的最大马赫数不断降低,所能产生的最低温度不断上升,喷管的制冷性能越差;理论计算与数值模拟结果基本一致,数值模拟验证了理论计算的正确性。     

大膨胀比喷管性能工程估算方法

针对大膨胀比尾喷管,基于等熵假设、流量守恒,结合分离预测公式,发展了考虑分离的喷管性能工程估算方法,并利用数值仿真对文章的性能评估方法进行了验证,结果表明,考虑分离方法估算的推力性能随落压比的变化趋势与数值模拟结果基本一致,能够较好地评估大膨胀比喷管的性能上限,有效地弥补了过膨胀程度较高的低落压比工况下的推力性能预测能力,同时提高了高落压比范围的预测精度,可以为喷管设计提供直接指导。     

5kW氧碘化学激光器研制

描述了研制的5kW氧碘化学激光器的系统组成和工作方式，并给出了调试的实验结果。研制该激光器主要用于超扩段性能优化研究和光腔气动参数对激光能量提取影响的研究，因此该装置各单元尽可能采用较成熟技术，系统组成主要包括单重态氧发生器、超音速喷管阵列、光学谐振腔、超扩段、供气系统、控制系统、真空系统、冷却系统。     

激光推力器喷管热防护实验研究

 基于激光推力器喷管热烧蚀因素分析，初步提出了反射式和吸收式两种喷管热防护方法，并相应设计了两种喷管。以10 kW级脉冲式CO₂激光器为光源，三次反射激光推力器为对象，进行了两种方式下两种喷管的热防护初步实验研究。结果表明：两种喷管均发生不同程度烧蚀，与相对聚焦位置和激光作用时间有关；反射式热防护通过喷管光学表面对透射激光能量进行二次聚焦，以及良好的循环冷却，可能成为将来激光推力器喷管热防护的备选方案之一。     

气动激光器喷管非平衡流2维数值仿真

将Anderson的两振型三温度弛豫模型和严海星整理的弛豫数据相结合,采用2维守恒型方程组对按照最小长度喷管型面设计方法设计的、面积比分别为50和20的气动激光器喷管非平衡流场进行了数值仿真。小信号增益计算结果在每个计算点都和J.S.Vamos等人针对这两种喷管的小信号增益测量试验结果符合很好.解决了传统的准1维非平衡流分析方法不能很好地和试验结果相符的问题.对气动激光器喷管性能设计提供了更精确的评估方法。     

底部气流对CO2激光切割硅钢切口质量的影响

激光切割相对冲压及线切割工艺具有自由度大、加工效率高、不会影响铁心质量等优点,但由于残渣及切口粗糙问题一定程度上影响了激光切割硅钢片的质量和应用范围.通过采用在工件底部增设辅助侧吹喷嘴,控制熔渣流向,保证成品切割质量激光切割工艺,试验证明,合理控制工艺参量,可获得良好效果.利用有限元法进一步对工件底部气流状况进行了数值模拟,分析了流动过程中在不同的角度和流速下光斑移动和气流场变化的情况,初步确定工件底部侧吹气流以20°吹入的辅助侧吹工艺,为进一步合理控制熔渣流向获得光滑的精细切口提供了实践和理论依据.     

载气密闭循环氧碘化学激光技术模拟实验研究

载气密闭循环氧碘化学激光器技术是一种有望大幅减小氧碘化学激光器体积和降低运行成本的技术,然而至今鲜见相关实验报道。采用超音速喷管加双螺杆真空泵建成了模拟实验装置,并通过测量超音速喷管前后和双螺杆真空泵出入口处的气动参数的方法开展了载气密闭循环氧碘化学激光器的可行性研究和工作稳定性模拟实验研究。模拟实验研究结果证明了该技术的可行性,发现并分析了其光腔压力随双螺杆真空泵转速提高而出现压力拐点的现象,确定了其稳定运行工作条件,为实现载气密闭循环氧碘化学激光器的真正运行和小型化奠定了良好的基础。     

高超声速低温喷管副喷管参数化设计

 通过对DF化学激光器高超声速低温(HYLTE)喷管副喷管流动与几何参数进行制约关系和敏感性分析,确定了能够对副喷管进行参数化设计的4个基本几何控制参数和2个调节参数,初步建立了HYLTE喷管副喷管的参数化设计方法。引入了相对未混合度作为衡量喷管混合效果的性能参数,建立了较完备的3维反应流数值模拟计算程序。结果表明：该方法选择的基本参数能够敏感地反映HYLTE喷管副喷管的尺寸特征和关键性能。     

化学激光器燃烧室两步反应法的实验研究

 在环柱型增益发生器实验系统燃烧室的设计中,将主稀释剂He从两个不同的区域注入燃烧室,其中一部分与D2预混以后通过D2喷注孔注入,另一部分通过主喷管叶片后端的后向喷注孔注入。讨论了不同区域的主稀释剂流量的变化对激光器特性的影响。实验结果表明：后He流量改变时,激光器的功率变化及点火稳定性等明显优于前He流量改变的情况。若要增加主稀释剂比例,应优先考虑调整后He。     

IR Laser Control of the Clustering of CF<Subscript>3</Subscript>Br Molecules during the Gas-Dynamic Expansion of a CF<Subscript>3</Subscript>Br/Ar Mixture: Bromine Isotope Selectivity

The infrared (IR) laser radiation control of the clustering of CF3Br molecules during the gas-dynamic expansion of a CF₃Br/Ar mixture at the exit from a nozzle is investigated. Prominence is given to studying the possibility of bromine-isotope-selective suppression of the clustering of CF₃Br molecules due to their resonance vibrational excitation in the gas-dynamic expansion zone near the nozzle. A continuous CO₂ laser is used in experiments to excite molecules and clusters in a beam, and a quadrupole mass spectrometer is used to detect them. The experimental setup and the experimental technique are described. The dependences of the efficiency of molecule clustering suppression on the exciting laser radiation parameters, the gas parameters (composition, pressure) above the nozzle, and the distance from the nozzle exit section to a molecule irradiation zone are obtained. Bromine-isotope-selective suppression of molecule clustering is shown to occur at the exit from the nozzle due to the resonance vibrational excitation of gas-dynamically cooled CF₃Br molecules. When CF₃Br/Ar mixtures are used at pressure ratios p(CF₃Br): p(Ar) = 1: 10 and 1: 30, the enrichment of a cluster beam by bromine isotopes are K_enr(⁸¹Br) ≈ 1.18 ± 0.09 and 1.12 ± 0.07 during the 9R(30) laser line (1084.635 cm^–1) irradiation of a jet. The clustering suppression selectivity is α ≈ 1.18 when the mixture at the pressure ratio p(CF₃Br): p(Ar) = 1: 10 is used. These results suggest that the proposed method can selectively control the clustering of the molecules containing the heavy element isotopes that have a small isotope shift in IR absorption spectra (OsO₄, WF₆, UF₆).     

任意长度喷管型面设计方法在气动激光器喷管设计中的应用

 将一种新的任意长度喷管型面设计（ALN）方法应用于气动激光器喷管型面设计,在相同的喷管出口设计马赫数、喷管喉部高度及喷管扩张段长度条件下,设计了4条ALN方法喷管型面,并和一条最短长度（MLN）喷管型面作对比,采用2维气动激光器增益场仿真方法对5个喷管的小信号增益场进行仿真。计算结果表明:ALN方法可以有效地实现增益场分布的控制,选择合理的设计参数得到的喷管长度比MLN喷管更短,小信号增益更大。     

Applying pulsed-laser holography to studying the filament behaviour during the air-jet texturing process

By means of a ruby laser, pulsed-laser holography—because of its high speed, non-destructive, and real-time properties—is introduced to the field of textile engineering for studying the behaviour of filaments emerging from a jet nozzle during the air-jet texturing process. It is proved that this is an efficient method to investigate the mechanism of the air-texturing process.     

基于光纤阵列的激光光斑测量方法

提出一种基于光纤阵列的激光光斑时空分布测量方法,采用在多层石英平板上制作V型槽并层叠石英光纤阵列的方法,获得了具有较高抗激光损伤能力和空间分辨力的光纤阵列取样器,实现了激光光斑的空间分布取样。给出了光纤阵列的取样原理、取样器结构和大倍数光强衰减的设计。实验结果表明:光纤阵列抗激光损伤能力优于10 kW/cm2(50 s),系统空间分辨力优于3 mm,测量误差小于3%。     

Concentration model based on movement model of powder flow in coaxial laser cladding

The structure below the coaxial nozzle is critical since the spatial distribution of metal powder particles determines the laser attenuation as well as catchment efficiency. It is difficult to simulate the powder concentration distribution, because the complex phenomena involved in the two-phase turbulence flow. In this paper, the air-powder flow is studied along with powder properties, nozzle geometries and shielding gas setting. A Gaussian model is established to quantitatively predict the powder stream concentration in order to facilitate coaxial nozzle design optimizations. An experimental setup is design to measure the powder concentration for this process. The simulated results are compared with the experimental results. This study shows that the powder concentration mode is influenced significantly by powder properties, nozzle geometries and shielding gas setting.