《雷射誘導電漿點火機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由於欣擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：雷射誘導電漿點火機理研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：于欣
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
雷射誘導電漿點火（Laser-induced Plasma Ignition, LPI）技術是一種新型的點火方式，有望解決姿軌控火箭發動機電火花點火器高壓工作、電磁兼容性差、壽命短、電極能量損失等問題。目前，關於LPI的研究工作主要集中於最小點火能量、點火成功率等巨觀參量的研究，點火機理以熱源點火模型為主。本項目通過同時引入熱點火和化學動力學點火過程，建立含有熱源和活性粒子源的點火動力學模型。採用理論和實驗相結合的研究方法，開展甲烷/氧氣混合燃氣雷射誘導電漿點火機理的研究，獲得雷射誘導電漿的物理化學特性，以及活性粒子對點火過程的影響規律；完善LPI機理和掌握影響點火過程的關鍵因素，推進對LPI點火過程的認識，為實際套用提供理論依據和指導。
結題摘要
雷射電漿點火技術具有點火位置和時序精確可控、電磁兼容性好、工況適應性好等優點，在內燃機、天然氣發動機、燃氣輪機等動力系統上具有廣泛的套用前景。項目針對雷射電漿點火參數和機理不明確的研究現狀，開展了雷射電漿點火機理研究，獲得了如下創新性研究成果。 （1）建立了甲烷/氧氣混合燃氣雷射電漿點火化學反應動力學模型，研究了熱效應和燃燒化學反應效應在點火過程中的作用，明確了影響成功點火的關鍵因素是初始火核中雷射電漿產生早期形成的活性基團的濃度，提出了“熱效應-燃燒化學反應”點火新機理，完善了現有的“間接點火”模型。 （2）系統獲得了甲烷/氧氣混合燃氣雷射誘導電漿的電子溫度、電子密度、時空演化、活性粒子分布、振轉溫度等特性，為分析雷射電漿點火機理奠定了基礎。 （3）系統開展了甲烷/氧氣預混和擴散燃氣系統雷射電漿點火實驗研究，建立了最小點火能量、點火延時等參數的研究方法，獲得了相關參數的邊界條件，為雷射電漿點火的套用奠定了基礎。 （4）提出了雷射燒蝕電漿點火技術，使成功點火的雷射脈衝能量降低一個數量級，有利於雷射電漿點火系統的小型化，促進了雷射電漿點火技術的工程套用。 （5）在國內最先開展了液氧/甲烷等低溫燃料的雷射電漿點火研究，突破了低溫推進劑燃料可靠重複點火的技術瓶頸，在姿軌控發動機燃燒模擬器上成功實現了液氧/甲烷的雷射電漿點火，填補了國內空白。 （6）克服了超燃衝壓發動機燃燒室中湍流耦合、激波干擾等惡劣條件，在國際上首次實現了Ma2.52超聲速氣流條件下航空煤油的直接雷射點火和穩定燃燒，為超燃衝壓發動機的可靠重複點火奠定了基礎。 本項目的研究成果對於加深雷射電漿點火機理的研究、促進雷射電漿點火的工程套用具有重要的理論意義和套用價值，為火箭發動機、超燃衝壓發動機等先進動力系統的可靠重複點火提供了重要的技術支撐。
