美國(guó)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(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后的行為。該公司正在推進(jìn)超聲速飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的開(kāi)發(fā)工作，開(kāi)發(fā)超聲速噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)容錯(cuò)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(guó)的一處燃燒測(cè)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(jī)，以驚人的細(xì)節(jié)可視化燃料噴霧和火焰行為。這項(xiàng)工作不僅支持該公司的超聲速發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)，也為一款正在為高效人工智能數(shù)據(jù)中心開(kāi)發(fā)的衍生燃?xì)廨啓C(jī)的研發(fā)提供了支持。

　　測(cè)試在佐治亞理工學(xué)院的本·津恩燃燒實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，該公司設(shè)計(jì)了一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)單燃料噴嘴，用于超聲速發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試。它將測(cè)試高壓壓氣機(jī)、高壓渦輪和燃燒室。激光束通過(guò)一系列反射鏡以及柱面透鏡和球面透鏡進(jìn)行整形，形成一層薄薄的光片。這層光片穿過(guò)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(guò)激光光片的燃料液滴都會(huì)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(jī)每秒拍攝數(shù)千幀，實(shí)時(shí)生成燃料霧化均勻性的可視化圖像。通過(guò)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(xiàng)精細(xì)化改進(jìn)，它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性和效率至關(guān)重要。均勻的燃油噴射對(duì)于確保發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)導(dǎo)致散熱不均勻。

　　燃燒不均勻會(huì)導(dǎo)致燃燒室出口處出現(xiàn)溫度梯度，形成熱點(diǎn)，從而對(duì)渦輪葉片造成不對(duì)稱的熱負(fù)荷。長(zhǎng)此以往，會(huì)縮短部件壽命或限制運(yùn)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(wèn)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(shí)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(jì)最理想形態(tài)是一個(gè)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(jìn)系統(tǒng)路線圖的一部分，該路線圖旨在從部件級(jí)測(cè)試過(guò)渡到完整的發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證。重要的是，這項(xiàng)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(jì)的燃?xì)廨啓C(jī)，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(jì)階段盡早進(jìn)行測(cè)試，盡早消除風(fēng)險(xiǎn)，用數(shù)據(jù)驗(yàn)證假設(shè)并利用測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)決策。（航柯）