基于10kHz高頻OH-PLIF的標模發動機燃燒室測量試驗

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展中心 設備設計與測試技術研究所，四川 綿陽 621000 2.中國空氣動力研究與發展中心 高超聲速沖壓發動機技術重點實驗室，四川 綿陽 621000

中國空氣動力研究與發展中心設備設計與測試技術研究所在國內首次搭建了基于標模發動機的10 kHz高頻OH-PLIF試驗系統，并于2021年5月在高超聲速沖壓發動機技術重點實驗室的脈沖燃燒風洞上開展了超燃沖壓發動機燃燒室測量試驗研究。

平面激光誘導熒光（PLIF）技術是一種可以反映火焰精細結構的光學診斷技術，被廣泛應用于湍流燃燒火焰表征等研究。在高超聲速流動和強湍流度等極端條件下，低頻PLIF系統（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，不能反映發動機燃燒場的動態信息。高頻OH-PLIF試驗系統由高頻激光器和高速相機等組成，如圖1所示，其中Nd:YAG激光器輸出10 kHz的532 nm連續脈沖激光，經過泵浦染料激光器將波長轉變為563 nm，最后由倍頻器輸出10 kHz的282 nm連續脈沖激光。此次發動機模擬飛行狀態為：Ma= 6.0，H= 26 km，來流總溫為1462 K。該系統在發動機工作期間（300 ms）拍攝了3000張圖像，捕捉到了發動機燃燒室內乙烯和氫氣等燃料（壁面噴注，當量比0.3）燃燒過程中火焰結構的快速演變過程，如圖2所示。10 kHz高頻PLIF系統的成功應用將有助于進一步開展沖壓發動機的點火、熄火以及穩焰等研究。

圖1 10 kHz高頻OH-PLIF試驗系統

圖2 發動機燃燒室火焰圖像