针对基于声矢量传感器的空气流动速度(简称空速）测量问题，提出基于时空扩展MUSIC空速估计算法。首先，经过理论分析，得出在超音速气流形成的马赫锥内，任何一点有且仅有两个波阵面相叠加，这两个波阵面可以被认为是由两个相干“等效声源”产生的，在此项基础上，建立了声波在超音速稳定气流中的传播模型；其次，结合声矢量传感器的测量模型，基于时空扩展MUSIC算法实现超音速空速估计，并对测量模型进行了失效分析，推导了估计的CRB界；仿真实验结果验证了算法的有效性。
超音速气流 空速估计 声矢量传感器 失效分析 supersonic flow airspeed estimation acoustic vector sensor MUSIC MUSIC failure analysis
中国空气动力研究与发展中心, 四川 绵阳 621000
基于法布里-珀罗干涉仪的干涉瑞利散射测速技术原理,结合种子注入Nd∶YAG脉冲激光器、ICCD相机和高光谱分辨法布里-珀罗干涉仪, 建立了一套干涉瑞利散射速度测量系统, 系统的速度测量准确度为10 m/s.对拉瓦尔喷管产生的超声速自由射流开展干涉瑞利散射速度测量, 得到气流的流动速度为366 m/s.在不需要外加任何示踪粒子的条件下, 利用流场气体分子本身的瑞利散射, 实现了对超声速流场速度的非接触测量.
法布里-珀罗干涉仪 瑞利散射 超声速流动 速度 测量 Fabry-perot interferometers Rayleigh scattering Supersonic flow Velocity Measurement
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。
高能激光 压力恢复 二维引射器 超声速流 纹影技术 high energy laser pressure recovery 2-D ejector supersonic flow schlieren technology 强激光与粒子束
2014, 26(10): 101007
1 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
利用超音速气流环境模拟装置, 开展了自然对流和马赫数为3切向气流下, 1064 nm连续激光辐照TA15钛合金和LY12铝合金热响应实验研究, 得到了材料在两种条件下的温升曲线及熔穿时间。结果表明: 在激光辐照材料未使得其表面发生熔化前, 气流对材料激光辐照过程中的冷却效应较为明显, 在表面发生熔化时, 熔化的液态物质在气流切向力剥蚀作用下被吹离材料表面, 使得激光继续作用在材料上, 熔化→剥离→熔化→剥离如此反复, 可加速熔穿过程; 此外, 切向气流将影响钛合金这类热扩散系数较低材料的温度场分布, 使得气流下游处的温度高于上游, 而对铝合金这类热扩散系数较高的材料而言, 影响不明显。
超音速气流 冷却效应 剥蚀效应 热响应 supersonic flow cooling effect denudation effect thermal response 强激光与粒子束
2014, 26(8): 081005
中国科学院大连化学物理研究所化学激光重点实验室, 辽宁 大连 116023
利用超音速喷管实现化学氧碘激光器（COIL）内流场的加速降温，进而使增益有量级上的提升是激光器研究中的重大进展。但超音速内流场中存在着复杂的三维结构，流场结构与光束质量的关联机制是设计相关气动部件的重要判据。为此，采用了包含流场化学场、光场和热结构计算模块的全耦合仿真平台，数值解析了在不同流场条件下的出光性能，重点分析了内流场中不同方向上激波对近场输出光斑的影响及相互关系，从而确定了相关气动部件的优化设计方式。改善后的光束近场均匀性（F因子）提高了45%。
激光器 化学氧碘激光 光束质量 耦合计算 超音速流场 激波 中国激光
2013, 40(11): 1102005
西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室， 陕西 西安 710024
燃烧过程的准确、实时诊断对研究燃烧机理、提高燃烧效率、降低污染物排放等至关重要。简要介绍了可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的测温原理，通过选择水在1397 nm附近的两条邻近吸收线，运用多功能数据采集卡对二极管激光器进行控制和信号采集，实现了TDLAS技术波长扫描直接吸收法对瞬态超声速流场温度的测量，获得了瞬态超声速流场温度随喷流时间的演化过程，测量重复频率为1 kHz。
测量 温度测量 吸收光谱 可调谐二极管激光 超声速流场 中国激光
2011, 38(12): 1215002
采用数值模拟的方法研究了激光重复频率、点火位置及来流马赫数等参数对激光能量沉积减小超声速钝头体波阻的影响。数值模拟结果表明, 由于激光能量的沉积产生的低密度区与弓形激波相互作用, 在钝头体前形成了类似虚拟尖锥的回流区, 使原弓形激波逐渐向阻力较小的斜激波转变。阻力随着频率的增加而减小, 当频率增加到200 kHz时, 阻力减小到约为原来的17%, 能量效率的最大值出现在频率为50 kHz处。说明控制参数的选择对减阻性能起着关键的作用。
激光物理 超声速流动 减阻技术 数值模拟 高重复频率激光 laser physics supersonic flow drag reduction technology numerical simulation high repetition laser
介绍了研制的小型脉冲高温超音速流场模拟装置。利用OH分子示踪速度测量技术,对实验室建立的小型脉冲高温超音速流场模拟装置产生的喷流速度分布进行了诊断。通过改变测量对应于喷流的空间位置光路调节,改变193 nm激光线相对于喷流的空间位置,分别得到了喷流不同区域的OH分子示踪速度图像,根据图像计算了测量位置喷流沿轴线方向的速度分量的分布情况。结果显示:喷流在压缩区的速度比在膨胀区低得多;在压缩初期区域喷流中心部分速度明显高于两侧部分,而在二次膨胀区域喷流中心部分速度低于两侧部分。
激光诊断 速度测量 分子示踪速度 超音速喷流 laser diagnosis velocity measurement hydroxyl tagging velocimetry supersonic flow
研制了一套单线羟基(OH)分子标记示踪流场速度测量系统, OH分子标记线由193 nm波长脉冲氟化氩(ArF)准分子激光束解离流场中的水分子产生, 利用脉冲染料激光倍频的约282 nm激光片显示OH分子荧光图像, 由获得的两个时间关联的OH分子标记线位置图像计算流场的速度分布。研究了空气和火焰中193 nm波长激光解离水产生的OH分子寿命, 实现了常温空气流场和高温超音速流场速度分布的测量, 并对测量结果进行了分析讨论。
光学测量 激光诊断 速度测量 OH分子示踪速度测量方法 超音速流场
1 中国科学院光电技术研究所,四川,成都,610209
2 中国科学院研究生院,北京,100080
用Hartmann-Shack(H-S)波前传感器可以准确测量穿过超声速流场的激光波面及其变化过程,进一步计算可以获得光束质心漂移、远场分布等数据.给出了H-S方法测量穿过超声速流场激光波面的原理,采用模式法进行了波前重构,计算了在几种流场条件下的激光波面像差特性PV值,RMS值和Zernike像差系数、Strehl比和环围能量曲线等.结果表明,H-S法可以很好地反映流场建立、稳定和结束过程中Zernike像差的变化.比较无流场和给定参数的超声速流场,激光穿越后产生的最明显的像差变化为离焦和低阶像散的增大.在相同流场参数下,无模型时光束质量好于有模型时光束质量.
超声速流场 激光传输 H-S波前传感器 光束波面像差 Zernike像差系数 Supersonic flow Laser transmitting H-S wavefront sensor Aberration of beam Zernike aberration coefficient
