Numerical simulation of combustion stability of liquid rocket engine based on chemistry dynamics

Combustion instability of O2/kerosene, O2/kerosene/hydrogen, and O2/kerosene/hydro-gen spray flame is numerically studied. The numerical results of combustion self-oscillation are consistent with the historical experiments. Hydrogen is helpful to stabilizing oxygen/hydrocarbon combustion. High gas injecting velocity of the coaxial injector would increase the combustion stability. Contrary to the former expectation, the most sensitive region for combustion instability is not where the heat releases most intensely but is the low-temperature premixed region near the injectors. According to the simulation, the technology steps, such as adding catalyzer to decrease the reaction activity energy, or improving the injector design to reduce the premixed low temperature region, would improve the combustion stability.     

超声速气流中液体横向射流的非定常特性与振荡边界模型

针对液体圆柱射流垂直喷入超声速横向气流中的非定常分布特性开展实验研究, 并建立穿透深度方向上的射流振荡分布模型. 利用脉冲激光背景成像方法“冻结”拍摄马赫2.1(Ma=2.1)气流中煤油射流/喷雾瞬态图像, 结合最大类间方差法(Otsu)和Canny算法提取瞬态图像特征, 基于统计方法并引入间歇因子(γ)定量描述射流振荡分布特性; 通过研究多参数协同作用下的射流振荡分布规律, 提出振荡分布数学模型, 研究的参数变量包括超声速来流总压(642-1010 kPa)、 液体喷注压降(0.36-4.61 MPa)、液体喷嘴流道直径 (0.48 mm/1.0 mm/1.25 mm/1.52 mm)、距离喷嘴的流向距离(10-125 mm)以及液气动量通量比(0.11-7.49). 研究中利用射流振荡分布模型成功预测出水射流在Ma=2.1气流中的的振荡分布, 预测分布与实验结果符合良好.     

液体火箭发动机燃烧稳定性非线性理论

初步建立液体火箭发动机燃烧稳定性非线性场振子模型、均匀反应器声振模型、声学模式非线性相互作用模型和非平衡热力学模型, 分析了化学动力学激发的燃烧不稳定现象的规律. 分析表明: 高的活化能不利于燃烧稳定性; 燃气向周围环境的传热是重要的Hopf分岔参数; 燃烧室声学模式之间存在竞争与合作关系; 从非线性非平衡热力学可以推导出燃烧稳定性的热力学判据. 分析结果说明化学动力学是燃烧不稳定的重要激励机理.     

基于Matlab GUI的拉伸法测杨氏弹性模量实验的数据处理

借助Matlab软件分别采用逐差法和最小二乘法对拉伸法测量杨氏弹性模量实验进行数据处理，利用Matlab GUI设计数据处理交互式界面，通过在GUI界面输入测量数据和实验参数，绘制出了拟合直线图，实现了杨氏模量值及其不确定度的程序计算，分析了两种方法求得的实验结果。数据处理过程操作简单，提高了学生运用软件的能力和实验效率。     

低温Yb:YAG放大器增益与热畸变特性实验研究

为了研究低温条件下Yb:YAG放大器的增益和热特性,搭建了一套液氮冷却的低温放大器,开展了实验研究。测量了不同泵浦强度下的小信号增益以及低温和常温下的介质热致波前畸变。结果表明:低温条件下,可以用更少的泵浦能量得到高于常温的增益;常温下泵浦电流200A、脉冲宽度1200μs的小信号增益为1.59;低温下泵浦电流200A、脉冲宽度400μs的小信号增益为1.82,光光效率显著提高。自发辐射放大(ASE)问题在低温下更加显著,采用短脉冲泵浦有利于降低ASE的影响。低温的热管理效果较常温有显著提高,可以在更高的平均功率下运行。     

结构参数变化对内混式喷嘴雾化性能的影响作用

通过对比6种结构参数不同的环形内混式喷嘴的雾化平均直径的变化规律,研究了喷嘴结构变化对雾化性能的 影响规律。结果表明,混合腔宽度、内喷嘴缩进长度、出口流程均对喷嘴雾化性能造成明显影响,而不同的混合腔长度、 气体及液体的喷入方式则基本上不影响雾化性能。     

基于微透镜阵列匀束的激光二极管面阵抽运耦合系统分析

为了提升高功率固体激光器中激光二极管(LD)面阵抽运场性能,采用几何光学和数理统计分析的方法,建立了基于微透镜阵列匀束的LD面阵抽运耦合系统的数学与物理模型,对微透镜阵列参数与最终耦合输出抽运场参数之间的关系进行分析,明确了微透镜单元F数、微透镜通光单元数以及微透镜阵列空间周期参数的设计原则.经实验测试,优化设计完成的LD面阵抽运耦合系统光场不均匀度为7.9%,耦合效率为90.7%.     

2 μm Tm,Ho:YLF微片激光器短期频率稳定度的检测

利用光纤延时自拍法对液氮制冷的微片Tm,Ho:YLF输出近2 μm激光器的短期稳定度进行了测量研究。在激光器输出功率为10 mW、激光的模式为单纵模时,测得了分别用100 m, 200 m, 300 m, 400 m和500 m光纤延时(延时时间约为0.5～2.5 μs)情况下的短期不稳定度由1.5 kHz近似线性增加到4.75 kHz,线性增长的斜率约为1.48 kHz/μs,测量时示波器的傅里叶积分时间约为40 ms。此稳定度的激光器已经达到了作为2 μm稳频激光器种子源的要求。     

Diode-pumped Tm:LuAG laser at room temperature

The lasing characteristics of Tm：LuAG at room temperature are reported. The maximum output power at 2.023-μm wavelength is 4.91 W and the slope efficiency is 25.39%. The mode matching between pump mode and laser mode is optimized by changing the pump beam waist radius and its location. Different output couplers are used to realize the optimal laser output. The relationship between operation temperature and output power is also discussed.     

超燃冲压发动机燃烧模态转换试验研究

在模拟飞行高度为25 km、来流马赫数为6的情况下,采用试验研究的方法对超燃冲压发动机燃烧模态转换进行了直连式试验。根据燃烧室壁面压力分布和一维模型分析表明,燃料喷射位置和当量比的动态改变,实现了燃烧室内燃烧模态的动态转换。不同燃料喷射位置切换顺序比较表明,燃烧室内燃烧状态的改变受燃料分布所决定,但是燃烧室自身具有一定的抗波动能力。