用于大尺度模型发动机高频PLIF测量的脉冲串紫外激光系统

作     者：曹振 于欣 彭江波 柳强 杨顺华 张顺平 赵延辉 李沛霖 高龙 张善春 CAO Zhen;YU Xin;PENG Jiang-bo;LIU Qiang;YANG Shun-hua;ZHANG Shun-ping;ZHAO Yan-hui;LI Pei-lin;GAO Long;ZHANG Shan-chun

作者机构：哈尔滨工业大学可调谐激光技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学光电子技术研究所黑龙江哈尔滨150001 清华大学精密仪器系北京100084 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000 

基　　金：国家自然科学基金项目(62175053) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(XNAUEA5740000221-05)资助 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2024年第44卷第4期

页      码：932-936页

摘      要：针对大尺度模型发动机试验台工作时间短(~百毫秒到秒量级)和激光能量要求高(>1 mJ)的特点,常规的紫外激光系统不能满足发动机燃烧流场精细化测量需求,要求用于高频平面激光诱导荧光(PLIF)测量的紫外激光系统同时满足脉冲串时间间隔短和激光输出能量高,并且系统具有高可靠性和环境适应性。设计了一套用于真实发动机地面试验台高频PLIF测量的脉冲串紫外激光系统,能够获取有效的火焰动力学数据。脉冲串紫外激光系统采用自主研制的脉冲串模式激光器泵浦染料激光器,具备能量监测、波长监测和片光分布监测等功能,可以校正激光参数对测量结果的影响。其中脉冲串模式激光器采用电光调Q、脉冲串模式和MOPA技术,使输出的泵浦激光具有高脉冲能量(~50 mJ@532 nm)、短脉冲宽度(~10.8 ns)和较高的脉冲串频率(20 Hz)。脉冲串紫外激光系统的串时间间隔为50 ms,是国外激光器脉冲串间隔时间的1/200;系统整体转换效率为6%,紫外单脉冲能量为2.95 mJ@283 nm,是国外连续脉冲激光器典型能量值的7倍。为满足发动机地面试验台测量需求,自主集成了工程可用的高可靠性移动式10 kHz PLIF测量系统,具有抗震、防潮和防尘等功能,提升了高频PLIF系统的环境适应能力。国内首次在中国空气动力研究与发展中心的脉冲燃烧风洞上实现了大尺度模型发动机燃烧流场远距离大视场成像测量(~15 cm),获得了高信噪比的氢燃料及乙烯燃料高动态燃烧过程可视化结果。未来可结合光谱图像特征提取与分析方法对其燃烧状态和动态过程开展研究,为发动机复杂流动燃烧机理研究、CFD仿真和发动机设计水平提升提供支撑。

主 题 词：燃烧诊断 脉冲串激光器 平面激光诱导荧光 大尺度模型发动机 

学科分类：07[理学] 070302[070302] 0703[理学-化学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3964/j.issn.1000-0593(2024)04-0932-05

馆 藏 号：203127315...