高压强非稳态燃烧流场二极管激光吸收光谱诊断技术研究

航空航天发动机燃烧流场具有高压强非稳态的特点，对其燃烧过程的准确、实时诊断一直是发动机研制单位的难点。可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术具有对流场无扰动、测量系统小巧紧凑、高响应速率等优势，近期研究结果表明该技术有望制成小型光学传感器，安装于空天飞行器各测量点上，用于监测和控制发动机的状态。本项目拟针对航空航天发动机燃烧流场的特点以及国内外TDLAS诊断技术的不足，开展高压强非稳态燃烧流场TDLAS诊断技术研究，通过选择合理的吸收线并引入压强修正方式来降低燃烧过程压强动态变化对测量的影响，实现利用TDLAS技术对航空航天发动机燃烧流场温度的实时在线测量，为研制用于空天飞行器发动机燃烧场参数实时在线监测的TDLAS光学传感器奠定良好的理论和技术基础。

本项目针对航空/航天发动机试验燃烧参数测试需求，研究了近红外激光波长调制吸收光学传感测温技术， 研制了适用于宽压强范围发动机燃烧流场温度实时监测的高重频在线测量装置。 主要创新点有： (1)基于波长调制吸收光谱技术，研制了适用于宽压强复杂燃烧环境的温度实时在线测量装置，温度测量范围500K-3000K， 压强适用范围 0.1MPa-1.2MPa， 测量频率 500Hz， 测量不确定度≤3.6%(500K-1400K)；(2)提出了基于波长调制信号同步反演燃烧场压强和温度的方法，建立了压强实时修正的温度反演物理模型， 并将时分复用技术用于双波长调制信号检测，解决了宽压强范围内波长调制吸收法测量可靠性难题；(3)提出了采用实验标定谱拟合调制吸收谱的数据处理方法， 解决了复杂燃烧环境中信号干扰问题，使得发动机试验测温精度大幅提高；(4)研制了具有自主知识产权的高压强(3.5MPa)高温(1400K)光学标定装置，建立了标定方法，获得了精确的压强修正系数，并实现测量装置的精确标定。