论文题目: 燃烧驱动DF/HF化学激光器压力恢复若干问题研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 唐力铁
导师: 赵伊君,陆启生
关键词: 连续波,激光器,增益发生器,喷管设计,数值模拟,小信号增益系数,压力恢复系统,超音速引射器,超音速扩压器,化学激光
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 燃烧驱动DF/HF化学激光器在军事和工业领域有着比较广泛的应用。为了便于使用,减小激光器系统的体积成为了设计追求的重要目标。因为压力恢复系统在整个化学激光器中占有较大的体积,所以,研究化学激光器中与压力恢复相关的问题,设法提高激光器的恢复压力,这样就可以减少对激光器后部压力恢复系统的要求,从而减小系统的体积。这就是本文研究意义所在。首先,本文介绍了燃烧驱动DF/HF化学激光器的基本结构,主要讨论了压力恢复系统的基本原理。在此基础上,用简化的一维模型研究了引起激光器总压损失的几个要素,它们是:喷管的粘性损失,光腔内的放热化学反应。研究的结果表明,提高喷管出口马赫数有利于减少这些因素导致的总压损失。本文还利用了一维气体动力学理论对整个激光器包括压力恢复系统进行了建模估算。估算的结果表明,对压力恢复系统影响最大的参数就是光腔入口静压力。其次,本文利用CFD技术模拟了光腔流场,研究了几种喷管的总压损失特性。研究结果表明,对于平面对称喷管,减小喷管长度,增加喉道高度有利于减少总压的损失。用CFD技术对光腔段的模拟表明,采用小尺寸喷管,并且在基区大量注入氦气有利于激光器压力恢复。在本文最后,根据以上研究的结果,提出了“基区非匹配压力引射结构”。这一结构的特点是,它能够在提高光学谐振腔的平均静压力的同时,建立出有利于出光的局部低压区。本文用CFD技术对它的稳态和启动的瞬态流场进行了模拟,并实施了实验。实验结果表明,在引射出口静压力达到可以产生局部低压区的情况下,可恢复压力达到了一个大气压。这个实验说明了基区非匹配压力引射结构有着很高的压力恢复性能。另外,在本文的研究过程中,我们还提出了一种新的算法—元素扩散方程和化学平衡热力计算的方法。这种方法的优点在于,它可以避免在求解低速反应流场中出现的由于化学反应引起的方程刚性问题。这种方法正好适用于计算化学激光器的燃烧室的内流场。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章绪论
1.1 课题研究的背景与意义
1.2 课题研究的基本方法与内容
第二章 燃烧驱动 CW DFF/HF 激光器的总体结构和压力恢复系统的基本原理
2.1 燃烧驱动CW DF/HF 激光器的总体结构
2.2 拟正激波扩压器
2.2.1 拟正激波
2.2.2 扩压器中的隔板
2.3 引射器的计算模型
2.4 本章小结
第三章 化学激光器总压损失的一维气体动力学理论分析
3.1 激光器增益发生器内的总压损失分析
3.1.1 由于粘性摩擦和扩压器的激波共同作用引起的总压损失
3.1.2 由于光腔内反应升温和扩压器激波共同作用引起的总压损失
3.2 燃烧驱动CW DF/HF 激光器一体化的气动参数估算
3.2.1 光腔参数的估算
3.2.2 等截面混合超音速引射器设计参数估算
3.2.3 结果与分析
3.3 本章小结
第四章 燃烧驱动 CW DF/HF 激光器的数值模拟基本理论
4.1 燃烧驱动CW DF/HF 激光器光腔流场的计算模型
4.1.1 基本假设
4.1.2 控制方程
4.1.3 化学反应动力学模型
4.1.4 小信号增益的计算
4.2 用元素扩散方程和化学平衡热力计算的方法求解DF 激光器燃烧室反应流场
4.2.1 计算方法简介
4.2.2 算法模型
4.2.3 计算结果与分析
4.3 本章小结
第五章 燃烧驱动 CW DF/HF 激光器与压力恢复有关问题的数值模拟研究
5.1 喷管的总压损失特性的模拟研究
5.1.1 计算所采用的喷管的几何结构
5.1.2 计算采用的边界条件
5.1.3 计算结果及结果分析
5.1.4 短喷管的总压损失
5.1.5 轴对称喷管的总压损失
5.1.6 两种喉部引射喷管总压损失特性的比较
5.2 喷管阵列的基区宽度与压力恢复关系的模拟研究
5.2.1 计算所采用的光腔中的几何结构
5.2.2 计算的主要结果和分析
5.3 喷管阵列的基区注氦与压力恢复关系的模拟研究
5.3.1 音速注入的情况
5.4 减小喷管尺寸与压力恢复关系的模拟研究
5.4.1 计算阵列的主要尺寸
5.4.2 计算的主要结果及分析
5.5 本章小结
第六章 基区非匹配压力引射高腔压装置初步研究
6.1 基区非匹配压力引射基本原理的提出
6.1.1 思路的提出
6.1.2 超音速喷管出口的过膨胀状态与基区非匹配压力引射
6.2 基区非匹配压力引射结构的稳态工作数值模拟研究
6.2.1 数值模拟的物理结构和主要的边界条件
6.2.2 计算的主要结果和分析
6.2.3 不同引射马赫数对基区非匹配压力引射结构的影响
6.2.4 不同引射静压力对基区非匹配压力引射结构的影响
6.2.5 基区非匹配压力引射结构的压力恢复模拟
6.3 基区非匹配压力引射结构的启动过程瞬态流场数值模拟研究
6.3.1 主要的模型方程和算法简介
6.3.2 喷管入口启动过程的描述和边界条件
6.3.3 计算结果及分析
6.4 基区非匹配压力引射压力恢复实验研究
6.4.1 实验的目的和基本思路
6.4.2 实验的总体系统结构
6.4.3 燃烧室的结构
6.4.4 喷管组件的结构
6.4.5 扩压通道结构
6.4.6 其它结构
6.4.7 实验结果及分析
6.4.8 探测增益介质的尝试
6.5 本章小结
第七章 全文总结
附录 A
附录 B
附录 C
致谢
读博期间发表的主要论文
参考文献
发布时间: 2006-09-14
参考文献
- [1].以氮气为载气的氧碘化学激光器的研究[D]. 房本杰.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）2004
- [2].燃烧驱动CW DF/HF化学激光器HYLTE喷管流场的研究[D]. 施建华.国防科学技术大学2004
- [3].环柱型高能连续波HF化学激光器研究[D]. 刘文广.国防科学技术大学2004
- [4].电激励连续波红外多波段化学激光器的研究[D]. 王红岩.国防科学技术大学2006
- [5].氧碘化学激光器轻型化技术研究[D]. 陈文武.大连理工大学2010
- [6].高性能、大压缩比化学激光器压力恢复系统研究[D]. 徐万武.中国人民解放军国防科学技术大学2003
- [7].连续波DF/HF化学激光器增益发生器结构与运转模式数值模拟研究[D]. 李兰.国防科学技术大学2010
- [8].MOPA方案的HF化学激光器理论和实验研究[D]. 陈星.国防科学技术大学2012
- [9].连续波DF/HF化学激光器新型增益发生器的理论设计[D]. 袁圣付.国防科学技术大学2002
- [10].基区引射式连续波DF/HF化学激光器研究[D]. 闫宝珠.国防科学技术大学2009
相关论文
- [1].连续波HF化学激光器环柱型增益发生器研究[D]. 靳冬欢.国防科学技术大学2011
- [2].基区引射式连续波DF/HF化学激光器研究[D]. 闫宝珠.国防科学技术大学2009
- [3].连续波DF/HF化学激光器增益发生器结构与运转模式数值模拟研究[D]. 李兰.国防科学技术大学2010
- [4].连续波DF/HF化学激光器新型增益发生器的理论设计[D]. 袁圣付.国防科学技术大学2002
- [5].高性能、大压缩比化学激光器压力恢复系统研究[D]. 徐万武.中国人民解放军国防科学技术大学2003
- [6].以氮气为载气的氧碘化学激光器的研究[D]. 房本杰.中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）2004
- [7].燃烧驱动CW DF/HF化学激光器HYLTE喷管流场的研究[D]. 施建华.国防科学技术大学2004
- [8].环柱型高能连续波HF化学激光器研究[D]. 刘文广.国防科学技术大学2004
- [9].脉冲半导体激光器高速三维成像激光雷达研究[D]. 胡春生.国防科学技术大学2005
- [10].电激励连续波红外多波段化学激光器的研究[D]. 王红岩.国防科学技术大学2006
标签：连续波论文; 激光器论文; 增益发生器论文; 喷管设计论文; 数值模拟论文; 小信号增益系数论文; 压力恢复系统论文; 超音速引射器论文; 超音速扩压器论文; 化学激光论文;