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.

氧碘化学激光器（COIL）在化学反应条件下,由于光腔及扩压器的气流通道内存在残余化学反应放热,从而导致“热堵”现象发生,影响了扩压器的正常启动及光腔内超声速流场的流动品质。采用数值模拟方法对COIL光腔与超声速扩压器流道内的化学反应流场进行研究,对超声速扩压器插入段的长度、楔形体的数量级扩散段长度对化学反应流场的影响进行研究。数值模拟结果表明：通过优化插入段及楔形体长度、取消扩压器侧壁的半楔形体,改善了因化学反应放热对光腔及扩压器流场造成的不利影响。优化后,光腔内的流动不再受气流分离产生的斜激波的影响,扩压器二喉道内的分离现象消失,扩压器壁面的分离区减小,出口流动更加均匀,“热堵塞”现象消失。化学反应条件下的气流总压损失比冷流时提高约15%,光腔与扩压器的总压恢复系数为0.426,进出口的静压比为3.75,比优化前提高了约25%。

采用数值模拟方法对化学氧碘化学激光器光腔通道、超声速扩压器一体化方案的优化展开研究,对扩压器的角度、构型、背压等参数对扩压性能的影响以及对光腔内流场的影响进行计算和分析。研究结果表明：传统的直接扩散型以及平直段+扩散段型的超声速扩压器,抵抗背压影响的能力较弱,且光腔出口处静压急剧升高,影响了光腔内的流场;通过在平直段+扩散段型的超声速扩压器的平直段部分,插入数片楔形体,可以将扩压器的工作背压提升33%以上,且可以有效地隔绝扩压器对光腔内流场的不利影响,从而使光腔下游的逆压梯度大大降低;同时,由于缩短了扩压器的长度,扩压器的总压损失明显降低,冷流状态下的总压恢复系数达到0.484。

研究了不同几何外形参数对直线分段扩开型氧碘化学激光器(COIL)扩压器性能的影响, 实验结果表明：光腔上下壁扩开全角8°时, 选取4°超扩段扩散角可获得较好的压力恢复和隔离光腔流场的能力；超扩段增加2 mm竖隔板可降低光腔后部壁面静压, 且截止反压提高约12%；在相同腔压下, 10°截角唇口的截止反压比直角唇口和1/4圆弧唇口截止反压高出约7.6%；超扩段入口四壁增加人工粗糙带能明显改善光腔壁面静压的分布, 并有效提高扩压器效率。

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。

为了研究扩压器喉道长度对直排型连续波DF/HF化学激光器起动特性的影响,建立了一套化学激光器气流通道双喷管小型实验模型。在无二次流的条件下,通过选用喉道长度不同的扩压器进行实验,分别得到对应的起动压力和工作压力,并将起动压力和工作压力的大小作为评价扩压器喉道长度优劣的依据。实验数据显示,对于该特定结构的直排型DF/HF激光器气流通道双喷管实验模型,扩压器喉道最佳长度为等效直径的17倍。

为了探寻直排型连续波DF/HF化学激光器的起动特性,建立了一套化学激光器气流通道单喷管小型模型实验装置,通过选用不同的气体(冷气流)作为工作介质和不同的扩压器进行实验,分别研究了工作介质的气动参量对模型起动特性和扩压器喉道最小面积的影响,并与1维定常流理论的计算结果作了比较.最后分析了基区对模型起动特性的影响,比较了两种类型基区的差异.实验结果表明:对于直排型连续波DF/HF化学激光器,采用大比热容比、小相对分子质量的介质作为引射气流,喷管出口和基区之间带有一个向内的圆角,对提高DDCL整体性能是有利的.