[发明专利]一种测量氧碘激光器边界层流动状态的试验方法

说明书

一种测量氧碘激光器边界层流动状态的试验方法，用于测量氧碘激光器超音速冷流场边界层流体在不同背压下的流动状态。该发明将碘孔设计在靠近喷管侧壁面的附近，在喷管的中心区域没有碘孔，应用激光诱导碘荧光的方法，通过壁面处碘分子在不同气动条件下的荧光状态，表征边界层的流动状态。该方法可以在不影响主气流流动特征和对流场不产生干扰的情况下，测量氧碘激光器冷流场下边界层流体的流动，判别边界层控制方法的有效性。

技术领域

本发明涉及一种测量氧碘激光器边界层流动状态的试验方法，采用该技术方案可以定性测量氧碘激光器超音速冷流场边界层流体在不同背压下的流动状态，判别边界层控制方法对边界层分离的有效性。

背景技术

氧碘激光器是气流化学激光器的典型代表，通常均采用列阵喷管实现气流的膨胀降温以及化学介质的混合反应，由于喷管入口尺寸小，密度低，因此雷诺数小，在喷管后端的光腔上下壁面会形成很厚的边界层。边界层对激光器的运行具有不利影响，激光器内流场存在的多种波系结构与边界层相互作用，会导致增益区增益和折射率分布的不均匀，尤其是当光腔后端的压力(通常称为“背压”)随着工作时间的推移不断升高时，紧贴壁面的亚音速边界层流体受逆压和粘性的作用会逐渐减速，直至速度为零后，在后面倒流流体的挤压下，脱离壁面流向内部主流，导致边界层流动的分离。分离现象会对中心区域流场产生强烈的附加扰动，降低激光器的抵抗背压能力。

在实际激光器装置中，通常在光腔或扩压器部分采用边界层控制方法来控制边界层的分离，但由于氧碘激光器低密度、高速度的流动特性，无法采用当前比较流行的粒子图像仪测量方法，而热线仪由于对流场存在较大扰动，使得在氧碘激光器的应用较少。因此，发展测量氧碘激光器边界层流动状态的试验方法，利用非接触式的测量系统，测量不同气动条件下的边界层流动状态，可以对边界层控制方法的有效性进行判别，对于氧碘激光器边界层分离的控制具有重要意义。

发明内容

为了对氧碘激光器超音速流动下边界层分离状态和边界层控制方法有效性进行表征，本发明提供一种测量氧碘激光器边界层流动状态的试验方法，能够定性测量气流化学激光器超音速冷流场边界层流体在不同背压下的流动状态，判别边界层控制方法应用的有效性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种测量氧碘激光器边界层流动状态的试验方法，是在传统超音速喷管和光腔上进行改进，喷管型面采用工程上通常应用的设计方案，沿气流方向喷管包含亚音速段、收缩段和超音速段，与靠近喷管方形通道上壁面和下壁面的左侧侧壁和/或右侧侧壁上设有碘孔，在方形光腔的相邻侧壁壁面设有一对透明窗口，在激光器光源通过光臂与片光源连接，片光源位于光腔上或下盖板的透明窗口处，片光源发出的光与氧碘激光器谐振腔的光轴方向垂直，片光源发出的光自光腔上或下盖板的透明窗口射入增益区流场内，光腔外部侧壁面的透明窗口处设有CCD相机，CCD相机镜头通过透明窗口面向片光源发出的光所在的区域，CCD相机采集碘分子的荧光信号，采集的荧光信号传输至控制系统保存。应用激光诱导碘荧光原理，利用壁面处碘荧光的状态表征增益区边界层流体的流动状态，观察不同背压下的碘荧光图像，可以分析目前条件下的边界层流动状态。

本发明的有益效果是，

1.本发明在喷管壁面附近入射碘分子，基于激光诱导碘荧光原理，通过碘荧光的状态表征边界层流动在不同背压下的状态，可以定性测量气流化学激光器超音速冷流场边界层的流动特征，对边界层控制方法的有效性进行判别。

2.本发明利用氧碘激光器现有的碘孔设置，不会改变激光器内流场的流动状态，荧光物质碘是氧碘激光器需用的介质，没有对流场进行干扰，提高了测量结果的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的构造图；

图2a是采用本发明测量的低背压下的边界层流动；