第36卷，第3期 2016年3月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.36,No.3,pp624-630
March,2016
基于多谱线吸收光谱技术的脉冲爆轰发动机管外流场测试研究
吕晓静，李与
宁*，翁春生
南京理工大学限态物理国家重点实验室，江苏南京210094
摘要根据时-空守恒元算法得到的脉冲爆表发动机管外流场分布结果，针对燃气流场分布进行了重建模型假设，给出了一种基于多谱线吸收光谱技术的爆轰发动机管外流场燃气参数测试方法，并对重建模型偏差及计算方法误差进行了仿真研究，针对80mm口径无阀式气液两相连续脉冲爆变发动机设计搭建了爆袭燃气管外流场测试系统，通过10kHz高频扫描四条HO吸收谱线采用直接吸收法结合时分复用技术同时对爆轰燃气流场进行扫描测试，实现了脉冲爆轰发动机管外流场的在线监测，并通过多点同时测试首次对管外流场燃气温度分布进行了重建，验证了测试方法的可行性。本研究为拓展激光吸收光谱技术应用于爆轰领域全方面诊断提供了实验支撑，对推进爆轰机理研究、爆轰噪声影响因素及噪声控制研究具有重要意义。
关键调爆衰测试；光谱吸收率；时分复用技术
DOI: 10. 3964/j. issn, 1000-0593(2016)03-0624-07
中图分类号：0384
引言
文献标识码：A
试实验"。李宁等采用TDLAS技术结合双光路互相关算法对气液两相爆轰燃气速度、温度和组分浓度进行了同时测量*]，文献[7-8]所述研究测试点均紧靠管口，爆轰流场中心
脉冲爆轰发动机是一种利用脉冲式爆轰波产生的高温高压燃气来获得推力的新概念发动机，被认为是最具有发展前景的动力装置之一)，脉冲爆轰发动机工作过程中，燃气流场组分温度等指数可用来评测发动机的工作性能。开展脉冲爆轰发动机燃气在线测试研究对推进爆轰机理研究与提高脉
冲爆轰发动机控制技术水平具有重要意义
更为重要的是，
脉冲爆轰发动机管外流场测试是研究爆轰噪声形成机理及噪声控制的重要环节。常规接触式测量方法很难用于爆轰测量
环境，可调请半导体激光吸收光谱（T）
OLAS)技术是-种非
接触式气体量方法，该方法利用半导体激光器的窄线宽和
可调谐特性对气体分子的特征吸收谱线进
行快速扫描，实时
反演出气体温度浓度等信息，适用于爆轰过程流场监测[2]
基于TDLAS技术对爆表燃气进行测试具有非常广阅的应用前景，关于爆轰发动机管内燃气流场的测试研究已有相应的研究成果[3]，面针对管外燃气流场测试研究较少，西北工业大学的陈帆等人应用TDLAS技术，选择1391.7与 1343.3nm吸收谱线，对脉冲爆轰发动机尾焰参数进行了测
长度可近似为爆轰管口径。针对煤表管外较远处流场测试则缺乏相应的研究成果。煤轰发动机管外较远处开放环境气体流场边界不确定且实时变化，采用传统TDLAS方法测量结果为整条光路上平均值()，将导致较大的测量误差；距管口较远处燃气流场中心较宽，为保证不影响流场特性，相应的测试光程需要更远，测量环境中的特征气体对测试结果的影响不能忽略；另外，管外流场震动剧烈，测量环境恶劣，测试系统的搭建与稳固更为复杂，这些都为管外燃气流场测试带来困难。
根据时-空守恒元算法仿真得到的煤轰然气外流场温度分布结果建立了管外流场分布重建模型，选取四条H;O特征吸收谱线，根据不同谱线对待征气体吸收度随温度变化趋势不同的特点，建立封闭非线性方程组并利用最小二乘法进行求解，通过数值仿真对计算误差进行了分析研究。设计搭建了脉冲爆轰发动机管外流场测试系统，采用波长高额扫措结合时分复用技术，使四条谱线同时扫描测试流场，实现了爆轰发动机管外流场的测试，并完成了管外流场的温度分布
收稿日期：2015-03-03，修订日期：2015-07-05
基金项目：国家自然科学基金项目（11372141，11472138），国防预研基金项目（9140C300205140C30137），装备预研基金项目
(9140C300202120C30)，高等学校博士学科点专项科研基金项目（20113219120045），中央高校基本科研业务费专项资金项目(30920130112007)资助
作者简介：吕晓静，1987年生，南京理工大学态物理国家重点实验室博士研究生
e-mail;lvxiaojing2008@163.com
*通讯联系人
万方数据
etnail; stokimgmail. com