美國Boom超聲速公司正研究激光診斷技術(shù)，以更精確地了解燃料進入發(fā)動機后的行為。該公司正在推進超聲速飛機和發(fā)動機的開發(fā)工作，開發(fā)超聲速噴氣發(fā)動機容錯率極低，尤其是在燃燒室中，燃料、空氣、熱量和壓力在此匯聚，為此需要新方法研究燃燒行為。

　　在美國的一處燃燒測試設(shè)施中，Boom公司的工程師們使用高功率激光器和高速攝像機，以驚人的細節(jié)可視化燃料噴霧和火焰行為。這項工作不僅支持該公司的超聲速發(fā)動機的研發(fā)，也為一款正在為高效人工智能數(shù)據(jù)中心開發(fā)的衍生燃氣輪機的研發(fā)提供了支持。

　　測試在佐治亞理工學(xué)院的本·津恩燃燒實驗室進行，該公司設(shè)計了一個發(fā)動機單燃料噴嘴，用于超聲速發(fā)動機的測試。它將測試高壓壓氣機、高壓渦輪和燃燒室。激光束通過一系列反射鏡以及柱面透鏡和球面透鏡進行整形，形成一層薄薄的光片。這層光片穿過從噴嘴噴出的燃料噴霧。

　　他們采用的方法是，將圓形光束轉(zhuǎn)換成薄光片，任何穿過激光光片的燃料液滴都會散射光線。這種現(xiàn)象被稱為米氏散射，它使工程師能夠直接觀察液滴尺寸、噴霧分布和均勻性。高速攝像機每秒拍攝數(shù)千幀，實時生成燃料霧化均勻性的可視化圖像。通過研究燃料液滴的光散射，從而量化液滴分布和燃料噴霧的均勻性。

　　均勻的燃油噴射不僅僅是一項精細化改進，它對發(fā)動機的耐久性和效率至關(guān)重要。均勻的燃油噴射對于確保發(fā)動機內(nèi)部各扇形區(qū)域的均勻散熱至關(guān)重要，燃油噴射不均勻會導(dǎo)致散熱不均勻。

　　燃燒不均勻會導(dǎo)致燃燒室出口處出現(xiàn)溫度梯度，形成熱點，從而對渦輪葉片造成不對稱的熱負荷。長此以往，會縮短部件壽命或限制運行裕度。如果燃燒室排氣溫度分布不均勻，則可能導(dǎo)致渦輪葉片耐久性問題。

　　除了噴霧可視化之外，Boom公司還利用光學(xué)濾光片直接成像火焰位置，從而顯示燃燒室內(nèi)部熱釋放發(fā)生的位置。工程師可以快速識別噴嘴一側(cè)的性能是否燃燒均勻。

　　如果噴嘴頂部到底部或兩側(cè)的亮度存在差異，則表明噴嘴一側(cè)的噴射效果不佳，工程設(shè)計最理想形態(tài)是一個均勻、中空的錐形噴射噴口。

　　激光診斷工作是Boom公司更廣泛的推進系統(tǒng)路線圖的一部分，該路線圖旨在從部件級測試過渡到完整的發(fā)動機驗證。重要的是，這項工作并非僅限于航空領(lǐng)域。同樣的燃燒、效率和耐久性方面的研究成果也被應(yīng)用于Boom公司專為人工智能數(shù)據(jù)中心設(shè)計的燃氣輪機，在后者中，效率、熱管理和可靠性同樣至關(guān)重要。

　　Boom公司希望用這種模式，在設(shè)計階段盡早進行測試，盡早消除風險，用數(shù)據(jù)驗證假設(shè)并利用測試數(shù)據(jù)來指導(dǎo)設(shè)計決策。（航柯）