混合型氣動(dòng)CO2激光器噴管-光腔流場(chǎng)特性及小信號(hào)增益特性研究.pdf

1、針對(duì)混合型氣動(dòng)CO2激光器（簡稱MGDL）在單兵戰(zhàn)術(shù)激光武器及激光推進(jìn)領(lǐng)域的應(yīng)用需求，本文深入細(xì)致地研究了多種類型的混合型氣動(dòng) CO2激光器噴管及光腔流場(chǎng)特性及小信號(hào)增益特性。
　　采用高速紋影實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了基于篩形噴管的混合型氣動(dòng)CO2激光器光腔中的基本流場(chǎng)特性。
　　研究了純氮?dú)鈼l件下混合型氣動(dòng) CO2激光器主噴管中氮?dú)庹駝?dòng)能凍結(jié)效率的分布規(guī)律，并研究了主噴管入口總溫和總壓對(duì)氮?dú)庹駝?dòng)能凍結(jié)效率的影響。

2、在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了燃燒驅(qū)動(dòng)混合型氣動(dòng) CO2激光器主噴管中氮?dú)庹駝?dòng)能凍結(jié)效率的分布特性，并研究了CO2及H2O含量、主噴管型面等對(duì)氮?dú)庹駝?dòng)能凍結(jié)效率的影響。
　　針對(duì)某一特定結(jié)構(gòu)參數(shù)的噴管和特定的工作參數(shù)，研究了基于篩形噴管的混合型氣動(dòng) CO2激光器光腔中的小信號(hào)增益分布規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，深入研究了主噴管入口總溫、主噴管面積比、副噴管入口總溫、CO2含量、H2O含量、主/副噴管擴(kuò)張段半錐角、催化劑種類（H2O或He）對(duì)光腔中

3、小信號(hào)增益系數(shù)的影響規(guī)律及影響機(jī)制。
　　研究了基于“主噴管喉部噴射副氣流”噴管構(gòu)型的混合型氣動(dòng)CO2激光器主/副噴管的流場(chǎng)特性、小信號(hào)增益系數(shù)在主噴管擴(kuò)張段及主噴管出口截面的分布規(guī)律。此外，詳細(xì)研究了主噴管面積比、副噴管入口總壓、副氣流噴射位置、主/副噴管入口總溫對(duì)基于“主噴管喉部噴射副氣流”噴管構(gòu)型的混合型氣動(dòng) CO2激光器小信號(hào)增益系數(shù)的影響規(guī)律及影響機(jī)制。最后，對(duì)基于篩形噴管的混合型氣動(dòng)CO2激光器及基于“主噴管喉部噴射副

4、氣流”噴管構(gòu)型的混合型氣動(dòng) CO2激光器進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：采用“主噴管喉部噴射副氣流”噴管構(gòu)型時(shí)，獲得的小信號(hào)增益系數(shù)峰值比采用篩形噴管時(shí)高，然而，其小信號(hào)增益系數(shù)分布的均勻性不如采用篩形噴管時(shí)好。
　　首次將基于周期性溫度激勵(lì)的主動(dòng)控制技術(shù)引入混合型氣動(dòng)CO2激光器研究，研究了采用周期性溫度激勵(lì)時(shí)混合型氣動(dòng) CO2激光器的混合特性、流場(chǎng)特性及小信號(hào)增益分布特性。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了激勵(lì)幅值、激勵(lì)頻率及激勵(lì)施加位置對(duì)主/副氣

5、流混合特性及激光器小信號(hào)增益特性的影響。研究結(jié)果表明：在副噴管出口平面施加特定頻率及特定幅值的周期性溫度激勵(lì)后，可以顯著增強(qiáng)主/副氣流的混合效果并提高混合噴管中的小信號(hào)增益系數(shù)；為了在混合噴管出口處獲得最大小信號(hào)增益系數(shù)，激勵(lì)頻率和激勵(lì)幅值均存在一個(gè)最佳值；與周期性溫度激勵(lì)施加在副噴管出口的情形相比，當(dāng)周期性溫度激勵(lì)施加在主噴管出口時(shí)，主/副氣流的混合效果變差，小信號(hào)增益系數(shù)也明顯降低。
　　設(shè)計(jì)了燃燒驅(qū)動(dòng)混合型氣動(dòng) CO2激光器

6、的高溫氮?dú)獍l(fā)生器方案，包括：（1）選取合適的燃料和氧化劑組合；（2）設(shè)計(jì)了液態(tài)N2O供應(yīng)系統(tǒng)；（3）設(shè)計(jì)了基于N2O/C7H8的單噴嘴高溫氮?dú)獍l(fā)生器。
　　通過液態(tài)N2O供應(yīng)系統(tǒng)試驗(yàn)，研究了該供應(yīng)系統(tǒng)的供應(yīng)特性。試驗(yàn)結(jié)果表明：設(shè)計(jì)的液態(tài)N2O供應(yīng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)N2O的液態(tài)供應(yīng)，且供應(yīng)系統(tǒng)的流量穩(wěn)定。通過對(duì)基于N2O/C7H8的單噴嘴氮?dú)獍l(fā)生器的點(diǎn)火試驗(yàn)，研究了N2O和C7H8在多種富燃工況下的點(diǎn)火和燃燒性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)選取合適