提出并研究了一种气流方向Z型折叠离轴混合非稳腔，应用在小型化DF气流化学激光装置中(增益体积为30 mm×40 mm×125 mm)，实现了平均功率550 W、光束质量β值1.8(稳定腔方向β值为1.5，非稳定腔方向β值为1.9)、光谱覆盖3680～4089 nm的中红外连续激光输出。该腔在气流方向是平凹稳定腔，并且进行了Z型折叠以减小稳定腔方向上的增益尺寸；在高度方向是正支共焦非稳腔。针对稳定腔方向上远场光斑从高阶横模振荡到基横模振荡的物理过程进行了理论计算与实验研究，光腔振荡的计算结果与实验结果吻合较好。计算与实验结果表明，气流方向Z型折叠离轴非稳腔可用在小型化、紧凑型DF气流化学激光装置中，实现高功率、高光束质量中红外连续激光输出。

为了研究直排型扩压器的压力恢复能力，设计了一套可模拟不同背压环境的扩压器装置。在扩压器平直段后接入电动闸板阀，通过调节气流的流通面积模拟不同的背压环境。考虑到闸板阀前平直段对扩压器工作性能的影响，建立了扩压器流场的仿真分析模型，得到了加入闸板阀的扩压器装置的流场，进行了扩压器平直段的优化设计，并开展了验证试验。结果表明，仿真分析与实验结果符合得较好，平直段设计合理时，采用闸板阀模拟不同背压环境的方式是可行的，直排型扩压器的恢复压力测试结果稳定可靠。

建立了DF化学激光器压力恢复系统扩压器的流场仿真模型, 对扩压器流场结构进行了仿真分析。结果显示, 扩压器超扩段长度为1310 mm时, 激光器可工作压力为7.18 kPa。增加超扩段长度至1810 mm, 激光器的可工作压力上升至8.25 kPa; 插入2片楔形叶片, 激光器的可工作压力提升至8.52 kPa。适当增加超扩段长度和插入叶片的方式可在一定范围内提高激光器的工作压力, 研究结果对于化学激光器扩压器的设计与优化具有重要的参考价值。

建立自由旋涡气动窗口全流场仿真模型，对大密封压比气动窗口的全流场展开数值研究，得到自由旋涡气动窗口的流场结构，发现大密封压比气动窗口形成的自由旋涡射流在光束输出通道内无明显的波系结构.根据模拟结果对自由旋涡气动窗口的性能进行优化，对自由旋涡喷管上壁面型线进行二次粘性修正.优化自由旋涡射流场后，激光器输出光束通道内压力分布稳定上升；增加扩压器外端壁吹气1.19 MPa、内端壁吹气1.68 MPa时，自由旋涡射流总能提高，气动窗口密封压力从37.5 torr降低至6 torr.该研究结果对自由旋涡气动窗口技术的发展具有参考意义.

搭建了二维超-超引射器实验系统，进行了二次喉道型式引射器启动特性和负载特性实验，获得了引射器混合室内流场纹影图，结果表明：超声速引射器临界启动状态下，混合室内存在反压引起的激波系；引射器完全启动状态下，主激波系可始于混合室后段，无需被完全吞入二次喉道内；二次流对引射器启动有助推效果，可使混合室内激波系后移；一次流对二次流有压缩作用，且一次流工作压力越高，压缩作用越强；一次流、二次流之间会形成明显的混合层，当一次流、二次流静压不匹配时，一次流喷管出口内端壁处将形成较强斜激波，其在固壁与混合层之间反射、交叉，并向下游延伸，会降低一次流引射性能。

针对采用主动式扩压器的自由旋涡气动窗口, 实验考察了扩压器入口面积比对扩压器压力恢复性能及自由旋涡气动窗口密封性能的影响。结果表明：入口面积比是影响扩压器压力恢复性能的重要因素;通过优化扩压器入口面积比,可以提高气动窗口密封压比和稳定性。主动式扩压器比传统扩压器具有更小的最佳入口面积比, 使气动窗口射流更接近于理想自由旋涡射流;主动式扩压器最佳入口面积比约为2.03。在最佳入口面积比情况下, 扩压器内端壁吹气临界驻室压力最低, 外端壁吹气压力对密封压力基本没有影响。

为减小激光束透过超声速自由旋涡气动窗口时的退化畸变,提高光束质量,基于气动窗口(ADW)射流外侧剪切层与环境折射率和压力同时匹配理论,提出N2/He双组元混合气射流工质方案,讨论了混合气组分比例确定方法。对N2和N2/He混合气两种射流工质分别进行了实验,以波长为0.6328 μm的He-Ne激光器为光源,用哈特曼波前传感器采集数据,给出了激光束透过射流时的波像差峰谷(PV)值。结果表明,N2为射流工质时,波前畸变峰谷值约为0.18 μm;N2/He混合气为射流工质时,波前畸变峰谷值约为0.13 μm,说明N2/He混合气取代N2作为射流工质,可以有效提高气动窗口的光学质量。