HYLTE与TRIP喷管在大功率氟化氘激光器中的应用对比分析

简述了燃烧驱动大功率连续波DF化学激光器的发展现状。比较了HYLTE与TRIP两种喷管的结构参数,总结了两种喷管的性能差异。采用数值模拟手段,参考相关试验数据,计算了典型增益分布对应的共焦非稳腔输出光束模式。从大功率DF激光器研制存在的光斑均匀性和腔镜负载两个难题的角度,结合喷管制造工艺要求,认为HYLTE喷管较TRIP喷管更适用于大功率DF激光器。     

HF化学激光器光腔流场荧光光谱分析

化学发光方法是HF/DF化学激光器光腔流场参数的重要实验测量方法.观察并记录了在增大H2流量时,电激励HF激光光腔流场可见光荧光的变化现象,对光轴处可见光荧光进行了光谱测量.对激光器光腔内介质成分进行了理论分析,HF高阶泛频谱线计算结果显示第3振动激发态到基频的跃迁谱线处于红外区.通过对荧光实验测量光谱与光腔内介质谱线...     

不同背压条件下HF激光器出光实验

为了研究HF化学激光器的背压对激光器输出性能的影响,同时也为即将开展的基区引射式HF化学激光器实验提供参考数据,针对某一特定结构的HF激光器,通过改变激光器背压进行出光实验,得到了不同背压条件下的输出功率和激光光斑。结果显示,该激光器形成有效激射的背压上限为4kPa,同时,扩散混合对腔压的依赖非常严重,相比之下,射流混合在较高的背压条件下仍然能够形成激射。     

化学激光气流污染及清洁方式对腔镜反射率的影响

利用光腔衰荡光谱法对氧碘化学激光器(COIL)经气流污染及清洁后的高反射镜反射率进行了一系列的测量研究.测量结果显示,气流中的某些物质会对腔镜造成污染而使其反射率下降,采用不同的清洁方式对反射率的提高程度有很大差别,First ContactTM溶液清洁腔镜对其反射率的提高有显著作用.     

连续波DF/HF化学激光器喷管中氟原子复合计算

氟原子是连续波DF/HF化学激光器泵浦反应的重要参与者,其浓度分布尤其直接影响冷反应型激光器的泵浦效率及激射强度.在参与反应之前,氟原子将受到三体复合和壁面复合因素的影响而部分复合为氟分子.研究该因素对氟原子浓度的影响对激光器的分析优化是十分重要的.已有一定的实验方法可对其浓度进行测量研究,并建立了理论模型描述.将其与计算流体力学方法相结合对氟原子分布进行计算,研究了该方法的有效性,并对不同收缩段型面下氟原子复合进行了计算研究.     

N2-COIL的氧发生器水汽诊断

在氧碘化学激光(COIL)系统中,水汽是影响激光器输出功率的最重要原因之一,因此测控氧发生器(SOG)出口气流中的水汽含量非常重要.文中利用吸收和发射光谱法对方管式射流氮气氧碘化学激光器(N2-COIL)的氧发生器分别进行了水汽含量测量.测量结果显示,在保持氯气流量一定的前提下,该发生器正常工作状态下水汽百分含量小于9%,且随氧发生器的总压的增加而减小,随氮气流量的增大而增加.该结果表明,气体流速是引起水含量变化的主要原因.     

固体火箭发动机二次喷射控制矢量喷管流场仿真

采用基于Favre平均的三维N-S方程和k-ε湍流模型对固体火箭发动机二次喷射推力矢量喷管复杂干扰内流场进行数值模拟。空间上采用三阶精度差分格式进行求解,时间上采用隐式Jacobi点迭代方法进行迭代推进,直至流场收敛。数值模拟得到矢量喷管二次射流的激波系结构,以及复杂的主/次流干扰流动图像。二次喷射流场包含复杂的涡系结构和波系结构,还存在着边界层与激波的相互干扰、自由剪切层、激波、膨胀波和大尺寸分离。数值模拟还表明,高温燃气射流导致喷射孔附近喷管壁面处的温度相当高,需采取相应的热防护措施。     

涡流阀流量调节特性数值模拟

用数值模拟研究了涡流阀的流量调节特性。在来流总压恒定的条件下,用时间相关法求解了雷诺平均的Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程。计算了无控制流和有控制流两种情况,得到了流动参数在流场中的分布和控制流量与喷管流量的关系。计算表明,涡流阀有良好的流量调节特性。     

燃烧室-喷管流场数值解

本文用时间相关法计算了固体火箭发动机燃烧室─喷管亚跨声速流场数值解,控制方程用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ二步显格式：边界点参数用物理边界条件和参考平面上的特征方程计算。计算表明,达到收敛的数值积分步数比纯喷管的跨声速计算要多得多。虽然喷管壁上和轴线上的马赫数分布与纯喷管计算类似,但喷管中的等马赫线分布与纯喷管计算的结果［３］相差较远。     

两相流喷管面积比和扩张段型面的优化计算

喷管面积比的选择和气动型面的设计是喷管设计中的一个重要课题。本文应用二维两相喷管流场计算程序和直接优化法,对喷管面积比及扩张段型面进行了二维寻优计算。计算表明:考虑二维两相流损失的推力最大的面积比要明显小于理论最佳面积比;对于锥形喷管,能量最佳面积比大于冲重比最大的面积比,而对于特性喷管,只是稍大一些;特性喷管的最优型面,就是最佳面积比下的最佳型面。     

基于敏感性分析的DF化学动力学模型的简化

基于两种燃料体系下的DF详细化学反应动力学模型,利用敏感性分析的方法,分别提出了相应的简化反应机理.简化过程中发现,仅考虑DF“冷反应”泵浦过程,忽略掉高振动激发态,忽略掉D2和DF分子的离解复合反应对整个系统影响不大.DF分子之间以及DF与D、D2、HF之间的能量转移反应具有较高的敏感性.简化机理在有效概括DF化学反...     

燃烧驱动连续波DF化学激光器的输出光谱

利用光栅扫描记录方法测量了不同气流参数条件下,某燃烧驱动连续波ＤＦ化学激光器的输出光谱,将测量结果和数值计算结果进行了比较和分析。     

姿控发动机高空羽流流场DSMC仿真及算法研究

本文分析了高空羽流流场的特性，论述了ＤＳＭＣ方法的原理以及涉及到的关键技术，应用ＤＳＭＣ方法数值求解了喷管出口附近及倒流区流场。仿真结果表明ＤＳＭＣ方法能够精确描述这一区域的流场特性。     

碳-酚醛材料烧蚀热解对再入流场特性影响的数值计算

数值模拟存在碳-酚醛材料烧蚀的高超声速再入流场,分析烧蚀和热解对流场热化学参数、电子数密度分布等的影响。采用19组元双温度的热化学模型,耦合热化学非平衡流Navier-Stokes方程组和烧蚀壁面边界条件,进行定常烧蚀流场求解;通过对比无烧蚀、非催化和辐射平衡壁温条件下的流场分析烧蚀的影响;讨论了壁面处碳-酚醛材料热解产物化学组成的确定方法,研究了不同热解率的影响。以RAM-C球锥的两个典型飞行条件(速度7.65km/s、高度61km和71km)为代表的研究表明:最主要的烧蚀热解产物是CO、H2、H,烧蚀产物和烧蚀的影响均局限于边界层内;烧蚀使原子和离子组元含量下降,当离子组元含量峰值出现在边界层内时,烧蚀使电子数密度峰值下降;随热解率增加烧蚀影响程度增强,烧蚀在后身区影响范围大于头部区,随飞行高度增加烧蚀影响范围扩大。     

Numerical studies on four-engine rocket exhaust plume impinging on flame deflectors with afterburning

This paper studies the four-engine liquid rocket flow field during the launching phase. Using three-dimensional compressible Navier-Stokes equations and two-equation realizable k-epsilon turbulence model, an impact model is established and flow fields of plume impinging on the two different shapes of flame deflectors, including wedge-shaped flame deflector and cone-shaped flame deflector, are calcu-lated. The finite-rate chemical kinetics is used to track chemical reactions. The simulation results show that afterburning mainly occurs in the mixed layer. And the region of peak pressure occurs directly under the rocket nozzle, which is the result of the direct impact of exhaust plume. Compared with the wedge-shaped flame deflector, the cone-shaped flame deflector has great performance on guiding exhaust gas. The wedge-shaped and cone-shaped flame deflectors guide the supersonic exhaust plume away from the impingement point with two directions and circumferential direction, respectively. The maximum pressure and temperature on the wedge-shaped flame deflector surface are 37.2% and 9.9% higher than those for the cone-shaped flame deflector. The results provide engineering guidance and theoretical significance for design in flame deflector of the launch platforms.