[发明专利]一种高超音速高效混合喷管

说明书

技术领域

本发明属于化学激光器件领域，具体涉及一种用于燃烧驱动氟化氢或氟化氘化学激光器的高超音速高效混合喷管。

背景技术

氟化氢或氟化氘化学激光器主要是由氟原子发生器（也叫燃烧室），高超音速混合喷管，光腔及真空系统等几部分组成。基本原理是：

化学燃烧产生氟原子

NF₃+D₂→F+DF+N₂+NF(NF₂)

泵浦反应

F+H₂→HF(v)+H  v=1-4

激射出激光

HF(υ)+hv→HF+2hv

这里伴随着能量转移反应和解离复合反应，同时也伴随着猝灭和弛豫过程的反应方程，这里不做赘述。

氟原子是由化学燃烧产生的高温热解氟化物产生，含有氟原子的氧化剂主气流要经过高超音速喷管冻结、加速和降温，与含有氢或氘的燃料副气流混合并反应（反应速率非常快，是混合控制型激光器），产生激发态的氟化氢或氟化氘出光介质，经过谐振腔提取出激光。燃烧室产生的是高温（2000K）高压（几个大气压）气流，而光腔需要在低温（温度为300-500k）低压（压强为3-5Torr）下工作，燃烧室高温高压的气体必须经过高超音速喷管（马赫数一般要大于5.5，扩张比要大于20），满足光腔的工作条件。因此高超音速喷管喉道不宜大也不宜小，太大扩张后混合效果不好，太小喉道则容易堵塞变形，影响工作性能。本发明可以克服上述缺点和限制，不仅实现高超音速扩张，而且混合效果好。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于燃烧驱动氟化氢或氟化氘化学激光器的高超音速高效混合喷管。通过该种专利技术，高超音速高效混合喷管加工简单，参数易于控制；不易堵塞，微小的型变不影响工作性能。

为实现本发明的目的，具体的技术方案是：

一种用于燃烧驱动氟化氢或氟化氘化学激光的高超音速混合喷管，包括高超音速氧化剂喷管、周期排列叶片和燃料喷孔阵列。

周期排列叶片平行排列，起始于高超音速氧化剂喷管的喉道，尾端终止于高超音速氧化剂喷管出口平面，与高超音速氧化剂喷管扩张面平行。叶片厚度为若干毫米，叶片间距若干毫米。

燃料喷孔阵列是由带一排或两排小孔的金属管构成，位于周期排列叶片尾端位置。

所述周期排列叶片厚度为2-3毫米，叶片间距3-5毫米。

所述燃料喷管阵列中的小孔为一排或两排。

所述燃料喷管阵列中的小孔方向与气流方向角度可调。

本发明的有益效果是：

1、本发明实现了高超音速喷管的高效混合。

2、本发明的高超音速高效混合喷管加工简单，参数易于控制；不易堵塞，微小的型变不影响工作性能。

3、本发明解决了高超音速喷管喉道不宜大也不宜小的限制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明一个单元喷管的结构示意图；

图3为本发明中燃料喷管的结构示意图；

图4为本发明中燃料喷管小孔的方向角度示意图；

其中，1为高超音速氧化剂喷管；2为周期排列叶片；3为燃料喷管。

具体实施方式

实施例1

如图1-图4所示，该发明是一种高超音速高效混合喷管，用于燃烧驱动的氟化氢激光器。由高超音速氧化剂喷管1、周期排列叶片2和燃料喷管3组成。含氟原子的主气流F+He+DF通过高超音速氧化剂喷管1的型面扩张加速，同时经过周期排列叶片2整流和导流，在高超音速氧化剂喷管出口位置，副气流H₂由燃料喷管阵列3喷出。主气流与副气流高效混合，伴随着氟原子和氢气的化学泵浦反应，产生氟化氢分子的振动激发态，作为激光出光介质，通过光学谐振腔提取出激光。这样一种混合喷管优点在于：高超音速氧化剂喷管加工简单；周期排列叶片和燃料喷管阵列将高超音速氧化剂喷管进行了微元处理，混合效率提高。