CN111211467B - 一种用于氧碘化学激光器的高效扩压装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于氧碘化学激光器高效扩压装置。该套装置连接在光腔与低温吸附或引射器之间，光腔出口气流通过高效扩压装置后静压提升。高效扩压装置分为超音速扩压段与亚音速扩压段两部分，气流经过超音速扩压段后压力提升、马赫数小于1，经过亚声速扩压后的气流可以承受约10torr的背压。该高效扩压装置可以承受10torr以内的背压，作为隔离段可以有效地维持光腔的稳定运转。氧碘化学激光器高效扩压装置通过有效扩压可以保证激光器光腔长时间稳定工作。

Description

一种用于氧碘化学激光器的高效扩压装置
技术领域
本发明涉及氧碘化学激光器，具体地说是一种用于化学激光器压力恢复的气动元件装置。本发明安装在化学激光器光腔和低温吸附/多级引射装置之间，通过几何型面对气流作用，使得气流静压力提高、马赫数减小，从而使得气流可以通过低温吸附装置除去或者进入多级引射装置中进而排入大气。本发明可用于引射式氧碘化学激光器或者低温吸附式氧碘化学激光器的扩压问题。
背景技术
氧碘化学激光器光腔中气流的总压约为30torr、马赫数约为2，而外部环境的气压为760torr，气流不能从光腔直接排入大气，因而化学激光器需要压力恢复系统，传统的压力恢复系统有真空大罐、引射系统、吸附系统。这些压力恢复系统虽然形式不同，但均需要在光腔与压力恢复系统中间放置高效扩压器，不仅可以起到提高气流静压力的作用，同时也是压力恢复系统与激光器之间的隔离段。
扩压器的紧凑高效对氧碘化学激光器的稳定运行起到了至关重要的作用，是氧碘化学激光器系统中不可或缺的气动元件。化学激光器光腔中的混合气流为超音速，这样的流动条件下对于扩亚装置的设计分为两部分：
第一部分为超声速扩压段，管道内的超声速气流经过收缩段后，气流的马赫数逐步降低、静压力逐步升高。
第二部分为亚声速扩压段，从超扩段出来的气流马赫数小于1，这样的气流需要经过扩张段才能够继续减速增压，因而亚扩段截面积扩张的管路。
对于氧碘化学激光器光腔出口气流，其总压不足30torr，气流在管道内有总压损失，静压提升有限，并且气流流动形态为湍流，由此可见，不能通过简单的公式进行设计，需要借助计算流体力学(CFD)软件。使用计算流体力学软件对扩压器中的流场进行数值模拟，并通过改变扩压器几何形态，观察其能够承受的最大背压，进而优化扩压器几何形状。通过这种设计方法，得到了高效稳定的扩压器装置。
发明内容
本发明的目的在于为克服传统扩压器尺寸大、设计不系统的缺点，提供一种用于氧碘化学激光器的高效扩压装置。
本发明采取的技术方案如下：一种化学激光器高效扩压的装置，其一端与激光器光腔相连，另一端与低温吸附装置或者引射系统相连。该扩压器装置由两部分组成：(1)与激光器光腔相连的是等截面矩形方腔；(2)与低温吸附或者引射系统相连的矩形方台。在气流流动的主方向上，包括与光腔相连的等直段超音速扩压段，该段的进口与光腔出口相连，截面尺寸与光腔出口截面尺寸完全一致，长度为0.7L；亚音速扩压段进口与超音速等值扩压段相接、出口与低温吸附或者引射系统相连接，用于亚声速条件下气流的增压降速，为了保证该段气流稳定不产生较大分离涡，该部分矩形方台倾斜角度为8-15度、长度为0.3L。本装置是三维扩压器装置，除了在气流方向上进行扩压增速外，在展向上并没有做压缩处理，在展向方向上的尺寸受到光腔出口尺寸的制约。
本发明具有如下优点：该套装置通过与光腔直接相连的等直段超音速扩压段和亚声速微扩段的增压减速，使得该扩压器可以最高承受背压为10torr而不影响光腔流场质量，提高氧碘化学激光器整体承受背压的能力，从而保证激光器长时间稳定运行。
附图说明
图1为高效扩压器安装位置示意图。
图2为高效扩压器结构示意图。
其中1-氧碘化学激光器光腔，2-高效扩压器装置，3-低温吸附或引射装置，4-超声速等直段，5-亚声速微扩段。
具体实施方式
现结合附图和具体实施就本发明对氧碘化学激光器高效扩压装置作进一步详细说明。但它仅用于说明本发明的一些具体实施方式，而不应理解为对本发明保护范围的任何限定。
本发明的整体结构示意图如图1所示，一种用于氧碘化学激光器的高效扩压装置，其一端与激光器光腔相连，另一端与低温吸附或者多极引射器相连，1表示具有一定扩张角的光腔，光腔出口气流马赫数约为2；光腔后直接接高效扩压装置，扩压装置后接低温吸附或者多级引射器。
高效扩压装置其特征在于：包括用于与光腔连接的超音速等直段4以及与低温吸附装置或者多级引射器相连接的亚音速微扩段5，高效扩压装置的超扩段4与亚扩段5直接相连。直扩段的横截面尺寸与光腔出口截面积尺寸一致，亚扩段进口的尺寸同样与光腔出口截面积尺寸相同，亚扩段为了保证流动较小分离，扩张角为15度，具体尺寸以及连接方式见图2所示。相比较传统扩压器抵抗背压8torr，该高效扩压装置最高可以抵抗11torr的背压，有利于化学激光器的有效运转。
本发明所述的氧碘化学激光器高效扩压装置具有结构简单、效率高能够长时间稳定工作，特别适合于氧碘化学激光器增压减速。

Claims (1)

1.一种用于氧碘化学激光器的高效扩压装置，其一端与激光器光腔相连，另一端与低温吸附装置或者引射系统相连，其特征在于，从光腔出口流出的气流经扩压装置至低温吸附装置或者引射系统，沿气流流动的主方向，该扩压装置依次由两部分组成：
（1）与激光器光腔相连的是等截面矩形方腔；其为中空的长方体腔室，即垂直于主方向的截面为矩形；作为与光腔相连的等直段超音速扩压段；
等直段超音速扩压段垂直于主方向的截面尺寸和形状与光腔出口尺寸和形状完全一致，宽度为L，高度为0.3L，主方向长度为0.7L；
（2）与低温吸附装置或者引射系统相连的四棱台形方腔；其为中空的四棱台形腔室，垂直于主方向的截面为矩形；作为亚音速扩压段；
亚音速扩压段进口与等直段超音速扩压段出口相接，两者尺寸和形状完全一致，亚音速扩压段出口与低温吸附装置或者引射系统相连接，用于亚声速条件下气流的增压降速，为了保证亚音速扩压段气流稳定不产生较大分离涡，该亚音速扩压段的倾斜角度，即侧面与主方向夹角为8-15度，主方向长度为0.3L。
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