氟化氢泛频化学激光器HYLTE喷管探究.pdfVIP

氟化氢泛频化学激光器HYLTE喷管研究 蔡光明 宋影松 (中国工程物理研究院应用电子学研究所．四川绵阳919信箱10li分箱，62i900) 摘要本文简述了HF泛频激光器的工作原理，详述了我们自行研制新喷管，经过初步 实验已获得了首次出光。从实验的测试数据分析出了一些有价值的结果。并介绍了我们建 立起来的几种喷管实验需要的测试手段。 关健词化学激光 喷管 气体流场测量 一、引 言 本文研究的是HF泛频化学激光器的一种新型高超音速低温喷管 Low nozzle)。这种喷管采用的是气流交 (HYLTE—HYpersonicTemperature 叉流动的方式工作，从理论上模拟有相当难度，我们主要从实验上探索这种喷 管的结构和最佳工作参数。以获得更高的氟化氢泛频化学激光能量输出。 化学激光器都是通过化学能使介质激发到高能态．从而形成粒子数反转产生 化学激光。HF泛频化学激光器是氟原子与氢分子发生反应．2F+H2一HF(v)， 其反应放出的热(即化学能)使生成的HF分子激发到高能态从而得到高能态的 um～1．37lam)的平凹谐 HF分子，形成粒子数反转。采用泛频波段(^=1．30 振腔，提取出HF泛频激光。这种器件首先就是生成氟原子(F)．通过三氟化 产生氟原子。 2NF3+3D2=6DF+N2+Q1 2NF—QJ—N2+6F 这个过程的关键是要求在尽可能低的温度、最少量的反应物，与温度适配 的压力下，产生最多的氟原子，这就要求详细计算反应的放热量和吸热量、器 壁的吸热和气体的温升，并加入缓冲气体进行压力适配。产生含有最大量的氟 原子的主气流出121温度约1500K，滞止压力～0．115Mpa。而使氟原子与氢分子 反应生成高能态HF的淬灭最小的环境是在温度～300K、压力650Pa。为了使含 氟原子的气流冻结式的降温，而使活性极强的氟原子不损失。采用气动喷管就 能达到这个目的。气动喷管的参数选择是化学激光器研究的中心问题，一直贯 穿了整个化学激光器的发展历史。 二、结 构 k二b 本文研究的就是一种新型的喷管 称之为高超音速低温喷管(HYLTE)。 这是目前国内外效率最高的喷管． 其结构如图l所示。 ?-”j产 图1 HYLTE喷管示意图 ．—219—． 三、 实 验 新喷管实验首先是整个装置的联试．八路气体的进气压力和文氏嘴的设 定，进气时间安排．以及点火的时间的延迟．测量系统的同步等。以保证整个 装置运行起来，并对测量系统标定基准和实测检验。其次是燃烧室参数的确定， 然后进行主气流流场测量，由此确定次级喷管的注入参数，实现最佳注入，获 得激光输出并进行参数测量。 装置组装好后应保证真空密封、循环水的密封，进气通畅，装置的气路 全程不能存在逆台阶。控制系统的运行程序颁根据新喷管的要求进行改编和设 置。然后对进气系统进行设置。根据我们的理论设计的八种气体进气参数和进 气量如下表(1) 表I 进气参数设置和进气量比较 №j3 肪 主JjP 如 副He 罩气 耳朵气 隔离层 进气压力MPa 0．74 0．58 O．84 0．11 0．77 O．7 O．98 0．27 文氏嘴mm2 4．251 1．5181．0744．9204．25l0．9523．2563．339 0．095O．0917 L02 1．6760．17lO．23l 理论气量mol／s