在流动可燃气体中的激光点火实验研究

随着超燃冲压发动机研究的进一步深入，实现超声速燃烧的几个关键问题已经逐步明确。其中需要解决的主要问题是发动机辅助点火和火焰稳定问题。在较低马赫数时，进入燃烧室空气的温度远低于燃料自点火的温度，发动机不能点火工作。在高马赫数时，空气在燃烧室时间短、温度和压力低、不足以维持超声速燃烧。本项研究是将利用特殊的激光器在材料靶上诱导出大体积的等离子体以实现高速流动可燃气体的高频连续点火，这样可在燃烧室的高速可燃气流中建立稳定的值班火焰，以维持超声速燃烧。首先利用特殊设计的大功率激光器输出的激光光束，通过和某些材料靶的相互作用，诱导出大体积的等离子体；然后将这种利用激光光束产生等离子体的方法引入到可燃气流中，研究气流的点火阈值特征参数和对应的燃烧特征参数，为高速流动的可燃气体的激光点火技术提供相关的理论依据和实验数据。

在本项基金的执行过程中，首先研究了利用低功率激光脉冲和固体物质相互作用，产生自由电子，通过逆韧致辐射过程产生等离子体，再利用产生的等离子体点火周围的预混可燃气体。这种方法，可以把预混气体点燃至燃烧或爆轰状态。实验气体中可燃气体分别使用氢气和乙炔，氧化剂是空气和氧气。实验观测到光脉冲和物质相互作用过程中的微粒射流；在点火前期，观测到了等离子体的形状和随时间的演化。利用CH自由基的A-X和B-X的两类发射光谱成功测量了燃烧火焰的温度。随后，利用激光脉冲序列成功连续点燃了氢氧、氢空气的预混气体。项目的执行的内容基本覆盖了申请书所指定的范围，实验达到了预期的目的。