[發(fā)明專利]一種基于微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w多點(diǎn)激光等離子體點(diǎn)火的方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410236417.8
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN103982303A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉暉;于欣;彭江波;于楊;樊榮偉;陳德應(yīng)
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F02C7/264
• 分類號(hào): F02C7/264;F02K9/95
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w多點(diǎn)激光等離子體點(diǎn)火的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。

背景技術(shù)

為了提高貧燃燃燒系統(tǒng)的點(diǎn)火可靠性，傳統(tǒng)的電火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)需要工作在高達(dá)幾十kV的電壓下，極易造成電極的腐蝕，縮短了火花塞的壽命。激光等離子體點(diǎn)火具有點(diǎn)火位置和點(diǎn)火時(shí)間方便可控、當(dāng)量比適用范圍寬、電磁兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。在航空航天領(lǐng)域，對發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火可靠性具有很高的要求，點(diǎn)火失敗很容易在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生具有破壞性的壓力峰，甚至造成燃燒室的爆炸，影響飛行器的安全。因此，如何提高可燃?xì)怏w的點(diǎn)火可靠性成為激光等離子體點(diǎn)火領(lǐng)域面臨的一個(gè)重要課題，而通過多點(diǎn)點(diǎn)火有利于增加冗余度，提高點(diǎn)火可靠性。????

發(fā)明內(nèi)容

為了提高可燃?xì)怏w激光等離子體點(diǎn)火的可靠性，本發(fā)明提供了一種基于微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w多點(diǎn)激光等離子體點(diǎn)火的方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w多點(diǎn)激光等離子體點(diǎn)火的方法，它由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、將可燃?xì)怏w通入噴嘴；

步驟二、激光器發(fā)射激光，經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后入射到微透鏡陣列上，在噴嘴軸線上方的混合燃?xì)庵姓T導(dǎo)產(chǎn)生多個(gè)等離子體，并將可燃?xì)怏w點(diǎn)燃。

一種實(shí)現(xiàn)上述方法的基于微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w多點(diǎn)激光等離子體點(diǎn)火的裝置，包括燃料氣源、氧化劑氣源、配氣系統(tǒng)、噴嘴、以及沿光軸方向依次設(shè)置的激光器、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)和微透鏡陣列；燃料氣源和氧化劑氣源的出氣口與配氣系統(tǒng)的進(jìn)氣口相連，配氣系統(tǒng)的出氣口與噴嘴的入氣口相連，噴嘴位于微透鏡陣列的焦距處。激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后入射到微透鏡陣列上，在噴嘴軸線上方的混合燃?xì)庵姓T導(dǎo)產(chǎn)生多個(gè)等離子體，并將可燃?xì)怏w點(diǎn)燃。

本發(fā)明中，所述燃料為甲烷、丙烷、氫氣、天然氣中的一種；氧化劑為氮?dú)?氧氣混合氣，且氧氣的體積分?jǐn)?shù)為5-100%。

本發(fā)明中，所述激光器為脈沖固體激光、脈沖準(zhǔn)分子激光的一種，激光波長為1064?nm及其高階倍頻、694.3?nm及其高階倍頻、308?nm、248?nm的一種，激光重頻為10-1000?Hz，激光脈沖能量為5-2000?mJ。

本發(fā)明中，所述微透鏡陣列的焦距為5-2000?mm，微透鏡排布陣列為m×n，m和n為大于等于1且小于等于50的自然數(shù)，微透鏡直徑（圓形）或邊長（正方形）為2-10?mm。

本發(fā)明中，所述聚焦點(diǎn)的位置距離噴嘴出口端面5倍噴嘴直徑范圍內(nèi)。

本發(fā)明提出一種基于微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w多點(diǎn)激光等離子體點(diǎn)火的方法及裝置，通過微透鏡陣列在可燃?xì)怏w中同時(shí)誘導(dǎo)產(chǎn)生多個(gè)等離子體。在這些等離子體引起的熱效應(yīng)和燃燒化學(xué)反應(yīng)的作用下，點(diǎn)燃可燃?xì)怏w。由于多個(gè)等離子體的同時(shí)作用，增加了點(diǎn)火系統(tǒng)的冗余度，從而能夠大幅提高激光等離子體點(diǎn)火的可靠性。本發(fā)明適用于航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的可靠重復(fù)點(diǎn)火場合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。

具體實(shí)施方式一：如圖1所示，本實(shí)施方式提供的基于微透鏡陣列實(shí)現(xiàn)可燃?xì)怏w多點(diǎn)激光等離子體點(diǎn)火的裝置，包括燃料氣源2、氧化劑氣源1、配氣系統(tǒng)3、噴嘴4、以及沿光軸方向依次設(shè)置的激光器7、擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)6和微透鏡陣列5；燃料氣源2和氧化劑氣源1的出氣口與配氣系統(tǒng)3的進(jìn)氣口相連，配氣系統(tǒng)3的出氣口與噴嘴4的入氣口相連，噴嘴4位于微透鏡陣列5的焦距處。使用時(shí)，將可燃?xì)怏w通入噴嘴；激光器發(fā)射激光，經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后入射到微透鏡陣列上，在噴嘴軸線上方的混合燃?xì)庵姓T導(dǎo)產(chǎn)生多個(gè)等離子體，并將可燃?xì)怏w點(diǎn)燃。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是，所述燃料為甲烷、丙烷、氫氣、天然氣中的一種；氧化劑為氮?dú)?氧氣混合氣，且氧氣的體積分?jǐn)?shù)為5-100%。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一、二不同的是，所述激光器為脈沖固體激光、脈沖準(zhǔn)分子激光的一種，激光波長為1064?nm及其高階倍頻、694.3?nm及其高階倍頻、308?nm、248?nm的一種，激光重頻為10-1000?Hz，激光脈沖能量為5-2000?mJ。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三不同的是，所述微透鏡陣列的焦距為5-2000?mm。