一种用于HF/DF化学激光的高马赫数低温喷管。本发明专利技术涉及HF/DF化学激光喷管设计领域，采用了俄罗斯最新HF/DF化学激光喷管的单元化分割方案，同时引入了传统高马赫数低温喷管的超音速-超音速混合概念和RAMP喷管与DEFLECTOR喷管的流向漩涡技术。本发明专利技术的优点是：可以在较大的喷管喉道上实现高马赫数，加工简单，大幅度降低了运行过程中热变形对喷管喉道的影响，延长了喷管的使用寿命；极大地缩短了H2气流向主喷管注入所需的穿透长度，混合效率更高；光腔温度和压力更低，可以大幅度提高光腔的增益和燃烧室的工作压力，从而提高HF/DF化学激光体积效率、能流密度和比功率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于HF/DF化学激光喷管设计领域，用于HF/DF化学激光的喷管设计。
技术介绍
HF/DF化学激光是目前最成功的两大化学激光之一。HF/DF化学激光的受激辐射发生在HF/DF分子的振-转激发态上，主流的燃烧驱动HF/DF化学激光采用燃烧法热解产生F原子，生成的F原子经超音速喷管降温和加速后与H2/D2反应生成振动激发态的HF/DF分子并在转动能级上产生粒子数反转。选择适当的耦合输出腔镜，即可实现多谱线HF/DF激光输出。HF/DF化学激光器的关键部件是超音速喷管。在四十多年的发展历程中，随着HF/DF化学激光喷管技术的不断发展，HF/DF化学激光的功率得到不断提高。虽然HF/DF化学激光的出光功率已经达到MW级，但其体积效率(喷管单位体积上的出光功率)、能流密度(喷管出口单位面积的出光功率)和比功率(单位物料重量的出光功率)在理论上仍有很大的提升空间，新型喷管的设计是实现效率提升最直接和最有效的途径。HF/DF化学激光喷管经历了亚音速、超音速和高超音速的发展历程，早期采用亚音速喷管，超音速喷管的典型代表是2SL0T、3SL0T、TRIP、RAMP、DEFLECTOR和三维对称喷管，高超音速喷管的典型代表是HYWN和HYLTE喷管，上述喷管中大部分喷管的放大策略如下:主喷管为单狭缝喷管，力口H2位置处于单狭缝主喷管出口沿扩张方向(即喇叭口)的两个边缘外侧，整个喷管由一系列的单狭缝主喷管单元平行排列组成。目前使用较多的HYLTE喷管仍然采用这样的放大策略，对于马赫数要求不高的喷管，该放大策略没有问题。但对于高马赫数喷管来讲，这种放大策略出现了一些问题，主要是为了获得高马赫数，必须有大的出口面积/喉道面积比，而HF/DF化学激光器本身的一些固有特征不允许主喷管出口在扩张方向上长度做得太大，所以主喷管的喉道高度非常小，大约在0.2mm左右，造成加工困难、费用高，运行成本高和寿命短等特点。俄罗斯的最新喷管采用了一种新的单元化分割方案，其基本思想还是基于单狭缝喷管的概念，只是对单狭缝喷管沿喷管的收缩-扩张平面做切片处理，进行单元化分割，在两个切片单元之间加入H2喷注器。这种单元化分割方案可以实现在高马赫数下仍然有较大的喷管喉道高度，同时获得很小的H2气流向主喷管注入的穿透长度，混合效率更高。但俄罗斯新型喷管的H2注入策略仍然采用的是自由射流斜向加入方式，这种加入方式有极高的混合效率，但会造成主喷管很大的动能损失，导致光腔压力较高，温度较高，不利于出光介质增益和燃烧室工作压力的提升。本专利技术采用俄罗斯最新喷管的单元化分割方案，同时采用高马赫数低温喷管的主-副喷管的超音速-超音速混合方案，设计出一种新型喷管。为了获得较低的腔温和较高的燃烧室工作压力，对主喷管和副喷管的马赫数做了要求。同时，为了解决超音速-超音速混合固有的混合效率较低的问题，引入了 RAMP喷管和DEFLECTOR喷管的流向漩涡技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提高HF/DF化学激光体积效率、能流密度和比功率，提出的一种用于HF/DF化学激光的高马赫数低温喷管。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种用于HF/DF化学激光的高马赫数低温喷管，包括主喷管单元和副喷管单元，主喷管单元和副喷管单元均为典型的二维狭缝拉法尔喷管，主喷管单元入口端接燃烧室出口，主喷管单元出口端接光腔，副喷管单元入口端接H2储气腔，副喷管单元出口端接光腔；沿垂直于主喷管单元和副喷管单元的扩张段扩张方向，主喷管单元和副喷管单元相互平行依次交错排布构成喷管整体。所有主喷管单元扩张段和所有副喷管单元扩张段高度(即扩张段的扩张方向)之比为0.8-1.2之间，所有主喷管单元和所有副喷管单元均为面对称结构，对称面与扩张段的扩张方向垂直，所有主喷管单元和所有副喷管单元的对称面为同一平面。主喷管单元出口马赫数大于4，副喷管单元出口马赫数大于3。喷管整体可以是一体化加工制作；也可以是先分别制作系列的主喷管单元和副喷管单元，然后组装完成。喷管整体在主喷管喉道部分引入强制水冷通道。在主喷管单元出口与副喷管单元出口的垂直于扩张段扩张方向的两内侧壁面上均沿气体流动方向开设有相互平行的两个以上的凹槽。主喷管单元和副喷管单元均为板状结构，垂直于扩张段扩张方向的厚度为沿垂直于主喷管单元和副喷管单元的扩张段扩张方向，主喷管单元和副喷管单元相互平行依次交错排布构成喷管整体是指:主喷管单元和副喷管单元依次交错叠合设置，任意两个主喷管单元间均设有一副喷管单元，任意两个副喷管单元间均设有一主喷管单元；主喷管单元和副喷管单元的扩张段扩张方向相同，且每一个主喷管单元和每一个副喷管单元的扩张段扩张方向所在平面相互平行。有益效果:本专利技术对比已有技术具有以下创新点:1.采用了俄罗斯最新HF/DF化学激光喷管的单元化分割方案，可以在较大的喷管喉道上实现高马赫数，加工简单，大幅度降低了运行过程中热变形对喷管喉道的影响，延长了喷管的使用寿命。2.与传统高马赫数喷管和超高马赫数喷管相比，本专利技术极大地缩短了 H2气流向主喷管注入所需的穿透长度，混合效率更高。3.由于主喷管和副喷管都采用较高的马赫数设计，与传统喷管相比，光腔温度和压力更低，可以大幅度提高光腔的增益和燃烧室的工作压力，从而提高HF/DF化学激光体积效率、能流密度和比功率。【附图说明】图1整体喷管示意图(包括10个主喷管单元与10个副喷管单元)；图2副喷管组件右视图、主视图和左视图；图3主喷管组件右视图、主视图和左视图；图中:1为主喷管单元，2为副喷管单元，3为主喷管单元出口两侧凹槽，4为副喷管单元出口两侧凹槽，5为副喷管后端面,6为副喷管前端面,7为主喷管后端面,8为主喷管前端面。【具体实施方式】当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于HF/DF化学激光的高马赫数低温喷管，包括主喷管单元和副喷管单元，其特征在于：主喷管单元和副喷管单元均为二维狭缝拉法尔喷管，主喷管单元入口端接燃烧室出口，主喷管单元出口端接光腔，副喷管单元入口端接H2储气腔，副喷管单元出口端接光腔；沿垂直于主喷管单元和副喷管单元的扩张段扩张方向，主喷管单元和副喷管单元相互平行依次交错排布构成喷管整体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：唐书凯，多丽萍，金玉奇，桑凤亭，王元虎，于海军，李留成，李国富，汪健，曹靖，康元福，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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