用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊。該模塊應(yīng)用于超音速氧碘化學(xué)激光器關(guān)鍵部件——噴管模塊的實驗研究。該模塊通過一個可方便拆卸更換的噴管固定板，使得各種結(jié)構(gòu)設(shè)計的噴管以及噴管喉道間距方便更換或調(diào)節(jié)。該實驗裝置的建立，為橫向流注碘混合噴管陣列的實驗研究提供了便利，大大提高了氧碘化學(xué)激光器的噴管設(shè)計和氣流運行條件實驗研究的效率。
【專利說明】用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊。該模塊應(yīng)用于超音速氧碘化學(xué)激光器關(guān)鍵部件一噴管模塊的實驗研究。
【背景技術(shù)】
[0002]目前常見的超音速氧碘化學(xué)激光器(COIL)—般采用碘及其載氣的進氣方式是在噴管喉道上游的亞音速段注入。亞音速段注碘可以獲得較好的注入碘和主氧氣流的混合，并且在用氦氣高度稀釋的02 (al Λ )氣流中實現(xiàn)12的解離。這些增益介質(zhì)隨后在一個超音速噴管中膨脹，以降低氣流溫度，從而降低了實現(xiàn)粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)和正增益所要求的02 (alA)的閾值產(chǎn)率。這一方法已經(jīng)在許多高效的COIL裝置上成功地得到了應(yīng)用。但是在亞音速注碘，相對于單重態(tài)氧發(fā)生器(SOG)氣流，碘及其載氣的流量是不可忽略的，因此碘及其載氣的注入會造成主氣流壓力升高及速度下降，同時由于噴管的亞音速段壓力較高而且離光腔的距離相對較遠，因此亞音速段氧碘混合方案的激發(fā)態(tài)粒子猝滅損失較大，這就會影響氧碘化學(xué)激光器的運行效率。
[0003]通過碘及其載氣在超音速段注入，可以避免由注入氣流產(chǎn)生的主氣流的壓力升高和速度下降，以減少02 (al Λ )的猝滅過程，為下游激光提取提供更多的02(al Λ)。超音速段注碘的另一個優(yōu)勢是該方案更適合于非氦氣做載氣的C0IL，如氮載氣COIL或二氧化碳載氣COIL。這些氣體做載氣的主要優(yōu)勢是成本較低，但是由于這些氣體的分子量都大于氦氣，因此其在管道內(nèi)的流速也相應(yīng)較慢，在這種情況下，如果仍然采用亞音速段注碘，會造成更大的02(alA)損失，因此在這種情況下，超音速段注碘是一個必然的選擇。此外超音速混合還有可能在腔內(nèi)獲得更均勻的功率分布，從而減小腔鏡變形對激光器性能表現(xiàn)帶來的影響。
[0004]對于超音速注碘方案主要有兩種:一種是超音速段橫向流注入，此方案用于C0IL，取得了較高的化學(xué)效率；另一種是超音速平行流混合，以美國和日本的研究為主，該方案的一個重要應(yīng)用潛力是，可以把副氣流的馬赫數(shù)設(shè)計的很高，這樣有利于提高COIL的恢復(fù)壓力，對于提高COIL重量體積效率有重要的意義。但是到目前為止，采用超音速段注碘方案的COIL的發(fā)展還不成熟，有很多機理和技術(shù)問題還有待進一步認(rèn)識和解決。正是基于此背景，本專利發(fā)明設(shè)計了一種可用于任意設(shè)計的橫向流注碘混合噴管實驗研究的模塊，這大大提高了該方面研究的效率，為全面系統(tǒng)了解和研究橫向流注碘混合噴管的設(shè)計方案和運行參數(shù)提供了平臺。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一種用于超音速段橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊(圖3)。該模塊應(yīng)用于超音速氧碘化學(xué)激光器關(guān)鍵部件一噴管模塊的實驗研究。該模塊通過一個可方便拆卸更換的噴管固定板，使得各種結(jié)構(gòu)設(shè)計的噴管以及噴管喉道間距方便更換或調(diào)節(jié)。
[0006]用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊，包括模塊主體、噴管固定板、注碘噴管、碘密封罩和副氣流(碘蒸汽及其載氣)進氣管。
[0007]實驗研究時，模塊主體安裝于超音速氧碘化學(xué)激光器的噴管段，作為超音速氧碘化學(xué)激光器的噴管。
[0008]模塊主體為具有方型中空內(nèi)腔的上下兩端開口的筒狀結(jié)構(gòu)，上下兩端開口分別與超音速氧碘化學(xué)激光器的光腔段入口和氧發(fā)生器出口連接；噴管段內(nèi)的氧氣氣流流向為從下向上。
[0009]于模塊主體的前后兩個側(cè)壁面上開設(shè)有一對對應(yīng)的凹槽，對應(yīng)的凹槽中部開設(shè)有相對應(yīng)的方形通孔；
[0010]一對與凹槽形狀和尺寸相匹配的噴管固定板分別鑲嵌在前后兩個側(cè)壁面上的凹槽內(nèi)，噴管固定板與凹槽間為可拆卸連接，于前后兩個凹槽內(nèi)的噴管固定板上對應(yīng)開設(shè)有與所需注碘噴管徑向截面外部形狀和尺寸相匹配的通孔，注碘噴管插入前后兩個凹槽內(nèi)的噴管固定板上的通孔中，注碘噴管與兩個噴管固定板為可拆卸連接；
[0011]所述注碘噴管為橫向流注碘混合噴管，橫向流注碘混合噴管指向噴管段內(nèi)注碘的方向與噴管段內(nèi)的氧氣氣流流向相垂直的噴管。注碘噴管的徑向是指與氧氣氣流流向和注碘方向均垂直的方向；注碘噴管的徑向截面是指平行于氧氣氣流流向和注碘方向的截面。
[0012]噴管固定板與凹槽間設(shè)置有密封“O”圈；噴管固定板與模塊主體通過螺栓緊固連接。
[0013]注碘噴管與兩個噴管固定板間涂704膠密封。
[0014]模塊主體前后兩個側(cè)壁面上凹槽的外部分別設(shè)有碘密封罩，碘密封罩與凹槽所在模塊主體的外壁面構(gòu)成碘腔；碘密封罩與凹槽所在模塊主體的外壁面間密封；凹槽處于碘腔內(nèi)；碘腔通過副氣流(碘蒸汽及其載氣)進氣管與外界碘源相連。
[0015]注碘噴管的入碘口位于其徑向的兩個端面上；注碘噴管的入碘口處于碘腔內(nèi)。
[0016]噴管固定板中通孔的數(shù)量和孔間距(即噴管喉道寬度)可根據(jù)實驗研究需要調(diào)節(jié)。每一種噴管排布方案對應(yīng)一個噴管固定板，實驗中根據(jù)需要更換噴管固定板即可實現(xiàn)所需要的噴管排布方案。
[0017]該模塊可以實現(xiàn)對各種設(shè)計方案噴管的實驗研究:噴管馬赫數(shù)可由噴管型線和噴管固定板上的孔間距共同決定；相同馬赫數(shù)的噴管，可以通過設(shè)計不同型線或不同注碘方案(包括注碘位置、注碘角度等)來滿足各種實驗研究需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1.噴管模塊主體；
[0019]a:噴管模塊主體正視圖；b噴管模塊主體側(cè)面剖視圖；1_1:凹槽；1_2:方形通孔；
[0020]圖2.噴管模塊主體、噴管固定板和注碘噴管組合圖；
[0021]1:模塊主體；2:噴管固定板；3:注碘噴管；
[0022]圖3.噴管模塊總裝側(cè)視剖面圖；
[0023]4:碘密封罩；5:副氣流(碘蒸汽及其載氣)進氣管；6:碘腔；
[0024]圖4.噴管固定板；
[0025]4-1:通孔；
[0026]圖5.注碘噴管；[0027]5-1:碘注入孔；5-2:加熱管孔；
[0028]圖6.各種設(shè)計類型的噴管應(yīng)用實例；
[0029](e):不同型線對應(yīng)不同出口馬赫數(shù)的噴管；(f)不同進碘位置的噴管；(g)不同型線相同馬赫數(shù)的噴管。
[0030]本發(fā)明的有益效果是:
[0031]本發(fā)明涉及一種用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊。該模塊應(yīng)用于超音速氧碘化學(xué)激光器關(guān)鍵部件——噴管模塊的實驗研究。該模塊為任意設(shè)計的橫向流注碘混合噴管的實驗研究提供了一個通用平臺，這大大提高了對橫向流注碘混合噴管研究的效率，為全面系統(tǒng)了解和研究橫向流注碘混合噴管的設(shè)計方案和運行參數(shù)提供了平臺。
【具體實施方式】
[0032]一種用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊(圖3)。該模塊應(yīng)用于超音速氧碘化學(xué)激光器關(guān)鍵部件一噴管模塊的實驗研究。該模塊通過一個可方便拆卸更換的噴管固定板，使得各種結(jié)構(gòu)設(shè)計的噴管以及噴管喉道間距方便更換或調(diào)節(jié)。
[0033]用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊，包括模塊主體1、噴管固定板2、注碘噴管3、碘密封罩4、副氣流(碘蒸汽及其載氣)進氣管5。
[0034]實驗研究時，模塊主體I安裝于超音速氧碘化學(xué)激光器的噴管段，作為超音速氧碘化學(xué)激光器的噴管；
[0035]模塊主體I為具有方型中空內(nèi)腔的上下兩端開口的筒狀結(jié)構(gòu)，上下兩端開口分別與超音速氧碘化學(xué)激光器的光腔段入口和氧發(fā)生器出口連接；噴管段內(nèi)的氧氣氣流流向為從下向上。
[0036]于模塊主體I的前后兩個側(cè)壁面上開設(shè)有一對對應(yīng)的凹槽1-1，對應(yīng)的凹槽中部開設(shè)有相對應(yīng)的方形通孔1-2。
[0037]一對與凹槽1-1形狀和尺寸相匹配的噴管固定板2分別鑲嵌在前后兩個側(cè)壁面上的凹槽1-1內(nèi)，噴管固定板2與凹槽(1-1)間為可拆卸連接。
[0038]于前后兩個凹槽1-1內(nèi)的噴管固定板2上對應(yīng)開設(shè)有與所需注碘噴管3徑向截面外部形狀和尺寸相匹配的通孔4-1，注碘噴管3插入前后兩個凹槽1-1內(nèi)的噴管固定板上4的通孔4-1中，注碘噴管3與兩個噴管固定板2為可拆卸連接；
[0039]噴管固定板2與凹槽1-1間設(shè)置有密封“O”圈；噴管固定板4與模塊主體I通過螺栓緊固連接。
[0040]注碘噴管3與兩個噴管固定板2間涂704膠密封。
[0041]于模塊主體I前后兩個側(cè)壁面上凹槽1-1的外部分別設(shè)有碘密封罩4，碘密封罩4與凹槽1-1所在模塊主體I的外壁面構(gòu)成碘腔6 ;碘密封罩4與凹槽1-1所在模塊主體I的外壁面間密封；凹槽1-1處于碘腔6內(nèi)；碘腔通過副氣流(碘蒸汽及其載氣)進氣管5與外界碘源相連。
[0042]注碘噴管3的入碘口位于其徑向的兩個端面上；注碘噴管3的入碘口處于碘腔6內(nèi)。
[0043]噴管固定板2中通孔4-1的數(shù)量和孔間距(即噴管喉道寬度)可根據(jù)實驗研究需要調(diào)節(jié)。每一種噴管排布方案對應(yīng)一個噴管固定板2，實驗中根據(jù)需要更換噴管固定板2即可實現(xiàn)所需要的噴管排布方案。
[0044]該模塊可以實現(xiàn)對各種設(shè)計方案噴管的實驗研究；噴管馬赫數(shù)可由噴管型線和噴管固定板2上的孔間距共同決定；相同馬赫數(shù)的噴管，可以通過設(shè)計不同型線或不同注碘方案(包括注碘位置、注碘角度等)來滿足各種實驗研究需要。
[0045]具體操作步驟:
[0046]【I】噴管模塊與氧碘化學(xué)激光器對接，其主氣流入口與單重態(tài)氧發(fā)生器出口對接；其副氣流入口與碘源對接；其氣流出口與真空系統(tǒng)對接。
[0047]【2】選擇合適的注碘噴管與噴管固定板，并安裝在噴管模塊主體上并完成各項密封措施。
[0048]【3】基于噴管模塊，搭建相應(yīng)的測試系統(tǒng)。
[0049]【4】啟動實驗，進行相應(yīng)的研究實驗，采集測試數(shù)據(jù)并分析。
[0050]【5】根據(jù)研究 需要，更換所需要噴管組合和相應(yīng)的噴管固定板，并重復(fù)步驟2-4。
【權(quán)利要求】
1.用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊，包括模塊主體(1)、噴管固定板(2)、注碘噴管(3)、碘密封罩(4)、副氣流進氣管(5)； 實驗研究時，模塊主體(1)安裝于超音速氧碘化學(xué)激光器的噴管段，作為超音速氧碘化學(xué)激光器的噴管； 模塊主體(1)為具有方型中空內(nèi)腔的上下兩端開口的筒狀結(jié)構(gòu)，上下兩端開口分別與超音速氧碘化學(xué)激光器的光腔段入口和氧發(fā)生器出口連接；噴管段內(nèi)的氧氣氣流流向為從下向上； 于模塊主體(1)的前后兩個側(cè)壁面上開設(shè)有一對對應(yīng)的凹槽(1-1)，對應(yīng)的凹槽中部開設(shè)有相對應(yīng)的方形通孔(1-2)； 一對與凹槽(1-1)形狀和尺寸相匹配的噴管固定板(2)分別鑲嵌在前后兩個側(cè)壁面上的凹槽(1-1)內(nèi)，噴管固定板(2)與凹槽(1-1)間為可拆卸連接，于前后兩個凹槽(1-1)內(nèi)的噴管固定板(2)上對應(yīng)開設(shè)有與所需注碘噴管(3)徑向截面外部形狀和尺寸相匹配的通孔(4-1)，注碘噴管(3)插入前后兩個凹槽(1-1)內(nèi)的噴管固定板上(4)的通孔(4-1)中，注碘噴管(3)與兩個噴管固定板(2)為可拆卸連接； 所述注碘噴管(3)為橫向流注碘混合噴管，橫向流注碘混合噴管指向噴管段內(nèi)注碘的方向與噴管段內(nèi)的氧氣氣流流向相垂直的噴管；注碘噴管(3)的徑向是指與氧氣氣流流向和注碘方向均垂直的方向；注碘噴管(3)的徑向截面是指平行于氧氣氣流流向和注碘方向的截面。
2.按照權(quán)利要求1所述的用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊，其特征在 于: 噴管固定板(2)與凹槽(1-1)間設(shè)置有密封“O”圈；噴管固定板(4)與模塊主體(1)通過螺栓緊固連接。
3.按照權(quán)利要求1所述的用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊，其特征在于: 注碘噴管(3)與兩個噴管固定板(2)間涂704膠密封。
4.按照權(quán)利要求1所述的用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊，其特征在于: 于模塊主體(1)前后兩個側(cè)壁面上凹槽(1-1)的外部分別設(shè)有碘密封罩(4)，碘密封罩(4)與凹槽(1-1)所在模塊主體(1)的外壁面構(gòu)成碘腔(6);碘密封罩(4)與凹槽(1-1)所在模塊主體(1)的外壁面間密封；凹槽(1-1)處于碘腔(6)內(nèi)；碘腔通過副氣流進氣管(5)與外界碘源相連。
5.按照權(quán)利要求1所述的用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊，其特征在于: 注碘噴管(3)的入碘口位于其徑向的兩個端面上；注碘噴管(3)的入碘口處于碘腔(6)內(nèi)。
6.按照權(quán)利要求1所述的用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊，其特征在于: 噴管固定板(2)與模塊主體(1)的前后兩個側(cè)壁面上的凹槽(1-1)間為可拆卸連接。
7.按照權(quán)利要求1所述的用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊，其特征在于: 注碘噴管(3)插入前后兩個凹槽內(nèi)的噴管固定板(2)上的通孔(4-1)中，注碘噴管(3)與兩個噴管固定板(2)為可拆卸連接；注碘噴管(3)插入噴管固定板(2)的通孔(4-1)內(nèi)，四周用704密封膠密封。
8.按照權(quán)利要求1所述的用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊，其特征在于:噴管固定板(2)中通孔(4-1)的數(shù)量和孔間距，即噴管喉道寬度，可根據(jù)實驗研究需要調(diào)節(jié)。每一種噴管排布方案對應(yīng)一個噴管固定板(2)，實驗中根據(jù)需要更換噴管固定板(2)即可實現(xiàn)所需要的噴管排布方案。
9.按照權(quán)利要求1所述的用于橫向流注碘混合噴管實驗研究的噴管模塊，其特征在于:該模塊可以實現(xiàn)對各種設(shè)計方案噴管的實驗研究；噴管馬赫數(shù)可由噴管型線和噴管固定板(2)上的孔間距共同決定；相同馬赫數(shù)的噴管，可以通過設(shè)計不同型線或不同注碘方案，包括注碘位置、注碘 角度等，來滿足各種實驗研究需要。
【文檔編號】H01S3/00GK103887684SQ201210563266
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】王增強, 回曉康, 張岳龍, 徐明秀, 張朋, 于海軍, 汪健, 房本杰, 多麗萍, 桑鳳亭, 金玉奇 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所