燃烧室中的爆轰

　　化学激光器因其重量轻、体积小、功率高的特点，为高功率激光器创造了在空间或战场上使用的可能性。目前为止，燃烧驱动连续波氟化氢(HF)和氟化氘(DF)化学激光器保持着连续输出功率水平的最高纪录。

　　DF激光器燃烧室中燃烧反应过程是典型的扩散燃烧过程，氧化剂和主燃料气流分别从喷注器小孔喷射注入燃烧室并快速混合，在点火电嘴作用下触发燃烧反应的进行。一般来说，扩散燃烧不会产生爆轰，而半封闭环境下的燃烧产生爆轰相对容易。当燃烧室点火延时发生时，若没有应急停车，相当于在一端封闭一端开口的燃烧室内充满可燃混合气体，在封闭端点燃，反应后的高温燃气像一个活塞推着未燃气体加速前进，在一定条件下，缓燃波就转化为爆轰波，并以一定的爆轰速度传播。由爆轰产生的振动与瞬态冲击将导致激光器出光异常，甚至造成喷管列阵喉道的变形或损坏，在实际中是必需要抑制的。

　　中国船舶重工集团公司第七一八研究所王杰课题组针对试验中的爆轰问题，采用时空守恒元与求解元方法对该爆轰过程及影响进行了数值模拟，获得的燃烧室沿点火中心轴线压力分布如图1所示。由图可知，压力曲线存在明显间断，峰值压力不断增加，表明随着点火过程的开始，爆轰产生并逐渐增强，形成的爆轰波向燃烧室下游传播。数值模拟与试验结果一致，燃烧室中爆轰产生的瞬态冲击、振动和扭矩作用造成了光学谐振腔的失调，导致激光器输出功率大幅降低。为保证激光器的安全正常运行，提高激光器的稳定性和可靠性，燃烧室中的爆轰必须有效抑制，其研究结果对DF化学激光器的优化设计及安全运行具有重要的指导作用。

图1 沿点火中心轴线压力分布曲线

文献来源:

　　王杰; 郭建增; 颜飞雪; 傅玉婷. 化学激光器燃烧室中爆轰问题分析[J]. 激光与光电子学进展，2016,53(8):081406.

　　Wang Jie, Guo Jianzeng, Yan Feixue, Fu Yuting. Analysis of the Detonation in Chemical Laser Combustor[J]. Laser & Optoelectronics Progress,2016,53(8):081406.