基于10kHz高頻OH-PLIF的標(biāo)模發(fā)動機(jī)燃燒室測量試驗(yàn)

車慶豐，齊新華，涂曉波，郝夫躍，陳國柱，張順平，陳 爽, *

1.中國空氣動力研究與發(fā)展中心 設(shè)備設(shè)計與測試技術(shù)研究所，四川 綿陽 621000 2.中國空氣動力研究與發(fā)展中心 高超聲速沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 綿陽 621000

中國空氣動力研究與發(fā)展中心設(shè)備設(shè)計與測試技術(shù)研究所在國內(nèi)首次搭建了基于標(biāo)模發(fā)動機(jī)的10 kHz高頻OH-PLIF試驗(yàn)系統(tǒng)，并于2021年5月在高超聲速沖壓發(fā)動機(jī)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的脈沖燃燒風(fēng)洞上開展了超燃沖壓發(fā)動機(jī)燃燒室測量試驗(yàn)研究。

平面激光誘導(dǎo)熒光（PLIF）技術(shù)是一種可以反映火焰精細(xì)結(jié)構(gòu)的光學(xué)診斷技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于湍流燃燒火焰表征等研究。在高超聲速流動和強(qiáng)湍流度等極端條件下，低頻PLIF系統(tǒng)（如10 Hz、500 Hz等）受頻率限制，僅能獲取少量的大時間跨度的火焰熒光圖片，不能反映發(fā)動機(jī)燃燒場的動態(tài)信息。高頻OH-PLIF試驗(yàn)系統(tǒng)由高頻激光器和高速相機(jī)等組成，如圖1所示，其中Nd:YAG激光器輸出10 kHz的532 nm連續(xù)脈沖激光，經(jīng)過泵浦染料激光器將波長轉(zhuǎn)變?yōu)?63 nm，最后由倍頻器輸出10 kHz的282 nm連續(xù)脈沖激光。此次發(fā)動機(jī)模擬飛行狀態(tài)為：Ma= 6.0，H= 26 km，來流總溫為1462 K。該系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)工作期間（300 ms）拍攝了3000張圖像，捕捉到了發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)乙烯和氫氣等燃料（壁面噴注，當(dāng)量比0.3）燃燒過程中火焰結(jié)構(gòu)的快速演變過程，如圖2所示。10 kHz高頻PLIF系統(tǒng)的成功應(yīng)用將有助于進(jìn)一步開展沖壓發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火、熄火以及穩(wěn)焰等研究。

圖1 10 kHz高頻OH-PLIF試驗(yàn)系統(tǒng)

圖2 發(fā)動機(jī)燃燒室火焰圖像