亚声速段横向射流对Coil性能影响的数值研究

在化学氧碘激光的混合喷管内发生的是一个气体动力学、化学反应动力学以及光学等相互耦合的复杂过程,每个过程都对COIL性能有着至关重要的影响.利用三维CFD技术,通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程,对简化后的化学氧碘激光RADICL模型进行数值模拟与分析,对COIL的气动和增益特性进行探讨.在不同的射流穿透条件下,计算COIL混合喷管中的混合与化学反应过程,发现穿透深度决定了增益的分布特性以及过度穿透条件下的非定常结构.     

氧碘化学激光器超声速段射流工作方式性能的数值研究

氧碘化学激光器(COIL)的混合喷管内发生的是气体动力学、化学反应动力学以及光学等相互耦合的复杂过程,每个过程都对COIL性能有着至关重要的影响。利用3维计算流体动力学技术,通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程对简化的氧碘化学激光RADICL模型进行数值模拟与分析,结合10种组分和21个基元反应的化学反应模型,对COIL超声速段射流情况下喷管内的流动及混合情况,尤其是产率、分解率、泵浦率和小信号增益系数的细致3维空间分布进行研究。结果证明超声速段进行射流有利于提高COIL的性能表现,可以充分利用高增益区,光腔位置增益可以达到0.012 cm-1,与亚声速段射流相比总压恢复性能提高,混合有待加强。     

流量配比对Coil增益分布影响的数值研究

利用三维CFD技术,通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程,对简化后的化学氧碘激光RADICL模型进行数值模拟与分析,结合10种组分和21个基元反应的化学反应模型,对COIL亚声速段横向射流情况下,不同的主副流流量配比对化学氧碘激光器性能的影响进行分析与比较.结果证明,过高或过低的碘分子浓度状态均不利于合理、可观的小信号增益系数产生.存在一个最佳流量配比范围,与之对应的工作状态下,COIL的小信号增益系数会得到显著提高.     

COIL亚声速段横向喷流混合流场数值分析

COIL是一个气体动力学、化学反应动力学以及光学相互耦合的复杂过程。作为高总压COIL系统研究的第一步,利用三维CFD技术对传统的COIL亚声速段横向射流混合过程进行了数值分析,讨论了包括压力梯度驱动项的分子扩散机制,得到了横向射流的较精细的结构,如马蹄形射流界面、逆旋涡对以及射流剪切层。结果表明,压力梯度驱动项对重、轻组分的扩散作用相反,重组分沿压力梯度正向扩散,轻组分逆压力梯度方向扩散。在射流穿透不足的情况下,仍然在喷管出口得到了约为0.01 cm-1的小信号增益系数。     

COIL亚声速段横向喷流混合流场数值分析

 COIL是一个气体动力学、化学反应动力学以及光学相互耦合的复杂过程。作为高总压COIL系统研究的第一步,利用三维CFD技术对传统的COIL亚声速段横向射流混合过程进行了数值分析,讨论了包括压力梯度驱动项的分子扩散机制,得到了横向射流的较精细的结构,如马蹄形射流界面、逆旋涡对以及射流剪切层。结果表明,压力梯度驱动项对重、轻组分的扩散作用相反,重组分沿压力梯度正向扩散,轻组分逆压力梯度方向扩散。在射流穿透不足的情况下,仍然在喷管出口得到了约为0.01 cm^-1的小信号增益系数。     

小型射流发生器的实验研究

通过对小型射流单重态氧发生器的稳定工作条件及射流板性能对发生器的性能影响的考察,在一个小型超音速氧碘化学激光器（COIL）中使用射流发生器成功地得到激光输出。     

小型射流发生器的实验研究

通过对小型射流单重态氧发生器的稳定工作条件及射流板性能对发生器的性能影响的考察,在一个小型超音速氧碘化学激光器（COIL）中使用射流发生器成功地得到激光输出。     

小型射流发生器的实验研究

 通过对小型射流单重态氧发生器的稳定工作条件及射流板性能对发生器的性能影响的考察,在一个小型超音速氧碘化学激光器（COIL）中使用射流发生器成功地得到激光输出。     

小型射流发生器的实验研究

通过对小型射流单重态氧发生器的稳定工作条件及射流板性能对发生器的性能影响的考察,在一个小型超音速氧碘化学激光器中使用射流发生器成功地得到激光输出.     

相变常数对反应射流气羽影响的数值研究

以Li-SF_6反应射流为能量来源的闭式循环动力系统在水下推进以及航空航天等领域具有广阔的应用前景。本文在欧拉模型和组分输运模型的基础上,结合涡耗散反应速率模型和Lee相变模型对Li-SF_6反应射流过程进行了三维稳态计算,研究了相变常数对反应射流流场以及气羽结构的影响。研究结果表明,反应射流气羽穿透长度随蒸发常数的增加而增加,随凝结常数的增加而减小;在蒸发常数为10~4以及凝结常数为10~6下,气液界面与饱和温度分布一致,模拟计算结果与实验结果符合较好。本文研究结果将为Li-SF_6反应射流的数值模拟奠定基础,也将对Li-SF_6射流反应器的设计和安全运行提供指导。     

无缓冲气COIL扩压器流场数值模拟

以无缓冲气化学氧碘激光器(COIL)实验器件的数据计算得到的混合喷管出口参数平均值作为光腔入口条件,对6种不同构型的扩压器从光腔入口至扩压器出口的流场进行了数值模拟,得出了各流场参数分布;对不同构型扩压器的流场特点、总压恢复性能进行了分析;研究了扩压器出口背压对流场参数的影响。结果表明：对于主流无缓冲气的COIL,等截面扩压器具有较好的压力恢复性能;增大扩压器出口背压可以使扩压器的压力恢复性能提高,然而,较高的背压使激波串向光腔方向移动,从而使光腔流场受到干扰,影响光腔的光束质量。     

喷管、光腔及压力恢复系统一体化设计

对氧碘化学激光（COIL）系统的喷管和扩压器进行了3维数值模拟,对比分析了几种喷管和扩压器的设计方案,计算了从光腔入口到扩压器出口的气动力学过程。光腔内主副气流借助翼片辅助方法实现充分混合,翼片长0.77 cm,宽0.254 cm,满足气流混合要求。扩压器是1/4结构,即计算区域为入口截面高30 mm、宽60 mm的长方型,之后等截面延续500 mm,然后宽度仍然不变,高度以4°角扩张,延续700 mm,最终的出口截面高度为79 mm。采用空气入射,入口处（光腔出口）马赫数3.2,静压1 232 Pa,温度110 K;计算得到出口处总压13 300 Pa,总温300 K。结果表明：出口静压超出入口静压近10倍,该扩压器很好地起到了压力恢复的作用,而总压下降到1/4.5左右（从60 648 Pa到13 300 Pa）,从而能够减轻后续的引射器的工作压力。利用高光腔压力设计可以减少一级引射器,达到整个系统小型化设计的目的。     

化学氧碘激光器内流场亚跨超音速混合的大涡模拟研究

利用大涡模拟对化学氧碘激光器内的亚跨超音速混合过程进行模拟分析,其结果表明了大涡模拟对这种低压、低密度、亚跨超音速及夹杂多种介质的化学流场的可执行性。与传统的雷诺平均仿真结果相比较,大涡模拟能掌握更多的流场细节数据,能够对混合过程进行精准地判断和分析。在此基础上,提出了碘流反向45°入流的设计方案以增强混合程度,计算表明采用此种方案在相应出光面上平均小信号增益系数提高了5%。     

化学氧碘激光器内流场亚跨超音速混合的大涡模拟研究

 利用大涡模拟对化学氧碘激光器内的亚跨超音速混合过程进行模拟分析,其结果表明了大涡模拟对这种低压、低密度、亚跨超音速及夹杂多种介质的化学流场的可执行性。与传统的雷诺平均仿真结果相比较,大涡模拟能掌握更多的流场细节数据,能够对混合过程进行精准地判断和分析。在此基础上,提出了碘流反向45°入流的设计方案以增强混合程度,计算表明采用此种方案在相应出光面上平均小信号增益系数提高了5%。     

高马赫数高压力的氧碘化学激光器阵列喷管的数值模拟

采用计算流体力学方法,研究了以氮气为载气的新型高总压氧碘化学激光器(COIL)阵列喷管。模拟结果表明:采用高马赫数的氮气流引射低马赫数的氧气流,可以提高光腔出口的驻点压力;高超声速的氮气与声速的氧气混合较慢,在喷管出口安装翼片有利于增强气流混合;喷管出口安装大翼片,翼片诱导的横向涡可以到达氮喷管的中心,光腔内混合比较充分。通过采用10组分21反应的化学反应模型,模拟了阵列喷管内多组分气体的混合和化学反应过程。模拟结果表明：光腔内生成了激发态碘原子和基态碘原子,光腔中获得了正增益,而且光腔出口的总压也由2.6 kPa提升至28.9 kPa。     

高马赫数高压力的氧碘化学激光器阵列喷管的数值模拟

 采用计算流体力学方法,研究了以氮气为载气的新型高总压氧碘化学激光器(COIL)阵列喷管。模拟结果表明:采用高马赫数的氮气流引射低马赫数的氧气流,可以提高光腔出口的驻点压力;高超声速的氮气与声速的氧气混合较慢,在喷管出口安装翼片有利于增强气流混合;喷管出口安装大翼片,翼片诱导的横向涡可以到达氮喷管的中心,光腔内混合比较充分。通过采用10组分21反应的化学反应模型,模拟了阵列喷管内多组分气体的混合和化学反应过程。模拟结果表明：光腔内生成了激发态碘原子和基态碘原子,光腔中获得了正增益,而且光腔出口的总压也由2.6 kPa提升至28.9 kPa。     

超音速化学氧碘激光器内流动与光能提取耦合仿真

针对超音速化学氧碘激光器,实现了包含化学反应的超音速流场和光场的耦合仿真。完善了流体力学计算与波动光学计算的耦合方法,解决了耦合计算中各物理参量有效传递及收敛判据选取等问题,根据具体的激光器参数,完成了耦合仿真。耦合计算体现了腔内光场与包含化学反应的超音速流场相互作用的机制,能够反映出有源腔中振荡光场的衍射和光能提取对流场所带来的影响,计算结果包含激光器流动过程、化学过程及光学过程的诸多工作参量。     

美国ABL计划的新进展

"ABL"系统是一个非常典型的高能激光应用系统,具有高度机动、高度精确及对目标进行闪电打击的特性,以及对多个目标进行毁灭性打击的能力.该系统能适应各种复杂环境,并能以最小的和可恢复的毁伤实现政治、军事上的双赢.因此, "ABL"系统也是美国投入大量人力、物力优先发展的弹道导弹防御武器系统.介绍"ABL"系统的历史、组成及研制分工,详述其近期的技术进展和战场优异性能.