Süüteküünal on rohkem kui sajandi jooksul pakkunud lihtsat ja usaldusväärset viisi kütuse{0}}õhusegude süütamiseks. Kuid kui põlemissüsteemid liiguvadlahjemad segud, kõrgemad rõhud, alternatiivsed kütused ja nõudlikumad töötingimused, uurivad insenerid lähemalt, kuidas süüde ise võib põlemist mõjutada.
See on koht lasersüütemuutub huvitavaks.
Selle asemel, et tekitada elektrilahendust fikseeritud elektroodide vahel, kasutab lasersüüte fokuseeritud laserimpulssi, et ladestada energia otse põlevasse segusse. See lähenemisviis võib pakkuda suuremat paindlikkustsüütekoht, ajastus ja energia tarnimine, muutes selle atraktiivseks täiustatud gaasimootorite, gaasiturbiinide, tõukejõusüsteemide ja põlemisuuringute jaoks.
Miks insenerid otsivad süüteküünlast kaugemale?
Tavalised süüteküünlad on väga küpsed, kuid nende elektroodi{0}}põhine konstruktsioon seab nõudlikes põlemistingimustes praktilised piirangud.
Elektrisäde peab ületama fikseeritud elektroodide vahe. Kuna põlemisrõhk tõuseb või segud muutuvad üha lahjamaks või lahjemaks, võib ühtlase süüte saavutamine muutuda keerulisemaks. Elektroodid kuluvad ka aja jooksul ja piiravad füüsiliselt süüteallika asukohta.
Lasersüüde läheneb probleemile erinevalt.
Laser{0}}indutseeritud sädesüüte korral fokusseeritakse põlevasse segusse lühike, kõrge{1}}intensiivsusega impulss. Piisava optilise intensiivsuse korral võib lokaalne rike luua plasmapiirkonna, mis soojendab kiiresti ümbritsevat gaasi ja käivitab leegi tuuma.
Oluline erinevus ei seisne lihtsalt selles, et laser tekitab teist tüüpi sädemeid. See muutubkuhu ja kuidas saab süüteenergiat tarnida.
Kuna süttimispunkt määratakse pigem optiliselt kui elektroodipilu asukoha järgi, saavad insenerid uurida süttimist sügavamal kambris või kohtades, mis on valitud vastavalt kohalikule kütusekontsentratsioonile, vooluväljale ja põlemisstrateegiale.
Laser-põhiseid süsteeme saab kujundada ka mitme süütepunkti ümber, mis võib tekitada mitu leegi tuuma, selle asemel et tugineda ühele leegifrondile.
Lahja põletamine on võtmevõimalus
Lahja põlemine on atraktiivne, kuna kütusest suurema õhuga töötamine võib sobivates tingimustes toetada suuremat efektiivsust ja madalamat põlemistemperatuuri.
Väljakutse seisneb stabiilse süüte säilitamises, kuna segu muutub lahjaks.
Aeglane leegi areng, tsüklite -to-muutumine ja süütetõrge võivad vähese tööpiiri lähedal muutuda üha olulisemaks. Sel põhjusel uuritakse täiustatud süütesüsteeme kui võimalust kasuliku põlemisümbrise laiendamiseks.
USA energeetikaministeeriumi ja Argonne'i riikliku labori programm demonstreeris lasersüüteid kuues{2}}silindrilisel-gaasimootoril. Teatatud katsetingimustes saavutati projektiga a2,6-protsendipunktiline efektiivsuse tõus võrreldes sädesüütega. Samas programmis määratleti oluliste inseneriprobleemidena ka sellised probleemid nagu süüte vastupidavus ja optiline saastumine. ()
Tulemust ei tohiks tõlgendada iga mootori garanteeritud efektiivsuse paranemisena. Veelgi olulisem on see, et see näitab, et süütetehnoloogia võib muutuda põlemissüsteemi-optimeerimise aktiivseks osaks, mitte lihtsalt põlemise käivitamiseks vajalikuks komponendiks.
Süüteasukohast saab disainimuutuja
Põletusahju sees võivad kütuse kontsentratsioon, turbulents, temperatuur, rõhk ja voolukiirus erinevates kohtades märkimisväärselt erineda.
Tavaline süüteküünal asetab süüteallika sinna, kuhu saab riistvara füüsiliselt paigaldada. Lasersüüte annab inseneridele rohkem vabadust uurida, kus süttimine tegelikult toimuma peaks.
NASA{0}}toetatud gaasiturbiini{1}}töö on kasulik näide. Testid võrreldi aoptiline lasersüütaja tavalise elektroodsüütajagaja hinnatud lasersüttimist põlemiskambri sees erinevates teljesuunalistes, radiaalsetes ja ümbermõõtudes. Programmi ajal teatati enam kui 200 laservalguse{2}}väljalülitusjuhtumist. ()
Põletusinseneride jaoks tähendab see, et süüte asukohast võib kütuse sissepritse, õhuvoolu ja kambri geomeetria kõrval saada veel üks disainiparameeter.
Peale mootorite: lasersüüde tõukejõusüsteemides
Lasersüütet uuritakse ka rakettide ja kosmoselaevade tõukejõu osas.
Üks eriti huvitav suund onoptiline kaugedastus. Selle asemel, et paigaldada täielik laserallikas otse iga põlemiskambri kõrvale, võivad optilised kiud jaotada laserenergia kesksest allikast erinevatesse süütekohtadesse.
ESA{0}}toetatud projekt, mida juhib DLR, uuris optilise kiu -põhist süüdet kanderaketi reaktsiooni-juhtimissüsteemide jaoks. Üks eesmärk oli hinnata, kas ühe südamiku laserit saab optiliste kiudude kaudu multipleksida mitmele tõukejõule, mis võib potentsiaalselt vähendada täiendavat süütesüsteemi massi ja pakkuda suuremat paindlikkust kanderakettide integreerimisel. ()
DLR on samuti arendanud aMultipleksne lasersüütesüsteem (MLIS)korduvkasutatavate rakettmootorite{0}}kontseptsioonide jaoks, mille eesmärk on lõpuks ühe süütesüsteemi abil mitme põlemiskambri süütamine. ()
Need arengud illustreerivad, miks lasersüüte on eriti huvitavkorduv käivitamine, hajutatud süüde või kaugenergia tarniminepakkuda süsteemi{0}}taseme eeliseid.
Millised laserparameetrid on süüte jaoks olulised?
Süüteprojekti jaoks laseri valimine ei tähenda ainult suurima keskmise võimsuse valimist.
Lasersüütamine on põhimõtteliselt aimpulss{0}}energiarakendus, ja mitut parameetrit tuleb hinnata koos.
Pulsienergia
Laserimpulss peab andma fookuspiirkonnas piisavalt energiat, et toetada vajalikku süütemehhanismi tegeliku rõhu, kütuse ja segu tingimustes.
Kõrgem impulsienergia ei ole automaatselt parem. Sobiv väärtus sõltub põlemisrõhust, segu koostisest, teravustamise geomeetriast ja nõutavast süütekindlusest.
Pulsi kestus
Impulsi kestus mõjutab tippvõimsust ja optilist intensiivsust, mida fookuspunktis saab tekitada.
Paljudes laseri{0}}indutseeritud rikkeuuringutes kasutatakse lühikesi laserimpulsse, kuna plasma tõhusaks loomiseks on vaja suurt tippintensiivsust. Impulsi optimaalne kestus sõltub aga süütemehhanismist ja terviklikust optilisest süsteemist.
Lainepikkus
Lainepikkus mõjutab optiliste{0}}komponentide valikut, kiire edastamist ja koostoimet põlemiskeskkonnaga.
Seetõttu võivad olenevalt sellest, kas süsteem kasutab otsest vaba ruumi, optilisi aknaid, kiude või mõnda muud optilist konfiguratsiooni, sobida erinevad laserarhitektuurid.
Kiire kvaliteet ja teravustamine
Piisava impulsienergia olemasolu ei taga edukat süttimist, kui seda energiat ei saa tõhusalt kontsentreerida.
Kiire kvaliteet, teravustamisoptika ja fookuspunkti -omadusedmäärake, kui palju optilist intensiivsust saab süttimispunktis tekitada. Seetõttu tuleb akende seisukorda, joondamist ja optilisi kadusid arvesse võtta koos laseri spetsifikatsiooniga.
Kordussagedus ja ajastus
Laser peab edastama impulsse mootori, põlemiskambri või jõuseadme jaoks vajaliku sagedusega.
Sama oluline on see, et iga impulss peab olema sünkroniseeritud põlemistsükli või käivitusjärjestusega. Praktilistes süsteemides võib integreerimine elektroonilise juhtimisarhitektuuriga olla sama oluline kui laser ise.
Pulsi-to-stabiilsus
Laborikatse võib näidata ühte edukat süttimissündmust, kuid töösüsteem peab seda sündmust korduvalt kordama.
Impulss{0}}energia stabiilsus muutub eriti oluliseks pika-mootori testimise, korduva käivitamise ja suure{2}}tsükliga töötamise ajal. Seetõttu peaksid insenerid hindama mitte ainult impulsi nominaalset energiat, vaid ka seda, kui järjepidevalt laser seda energiat aja jooksul säilitab.
Talade tarne- ja töökeskkond
Laserallikas töötab lõpuks tervikliku süütesüsteemi osana.
Olenevalt rakendusest võib integreerimine vajada järgmist:
- Optiline{0}}akna saastumine
- Mehaaniline joondamine ja vibratsioon
- Termiline keskkond
- Põlemisrõhk
- Fiber- või tasuta{0}}kosmosekiire kohaletoimetamine
- Saadaval paigaldusruum
- Pikaajaline{0}}optiline edastus
Q-lülitatud pooljuhtlaserid-, shNd süsteemid, on laialdaselt kasutatud laser{0}}süüteuuringutes; Näiteks NASA katsed on laser-indutseeritud süttimisuuringutes kasutanud impulss-Nd-allikaid. ()
OEM-i või põlemis{0}}uuringute projekti puhul ei ole põhiküsimus:
"Kui võimas on laser?"
See on:
"Kas laser suudab tegelikes põlemistingimustes vajaliku impulsi vajalikus kohas korduvalt edastada?"
Mis ikkagi hoiab lasersüüte tagasi?
Lasersüüde pakub märkimisväärset tehnilist paindlikkust, kuid see ei ole tavalise sädesüüte universaalne asendus.
Praktilised väljakutsed hõlmavad endiseltsüsteemi maksumus, optiline joondus, vibratsioonikindlus, soojusjuhtimine, optiline{0}}akna saastumine ja komponentide pikaajaline vastupidavus{1}}.
Üleminek laboridemonstratsioonilt mootori{0}}valmis süsteemile on eriti nõudlik. Katsestendil töötav optiline seade peab jääma joondatud ja stabiilseks, kui see puutub kokku vibratsiooni, temperatuurimuutuste, rõhutsüklite ja põlemisladestustega.
See aitab selgitada, miks lasersüüde on praegu kõige mõjuvam, kui selle lisavõimalused lahendavad konkreetse probleemi, mida tavaline süüde ei suuda niisama lihtsalt lahendada.
Süütekomponendist põlemiskontrollini
Lasersüüte{0}}pikaajaline tähtsus ei pruugi olla süüteküünla kadumine.
Selle suurem väärtus on võimalus anda inseneridelerohkem kontrolli süütejuhtumi enda üle.
Süüte asendit saab reguleerida. Uurida saab mitut leegi tuuma. Optilist energiat saab edastada kaugjuhtimisega. Lahja, kõrgsurve-- ja spetsiaalseid põlemisrežiime saab uurida ilma täielikult fikseeritud elektroodi tühjenemisele tuginemata.
Seetõttu äratab lasersüüte vastu jätkuvalt huvimaagaasimootorid-, gaasiturbiinid, täiustatud põlemisuuringud ja kosmosesõiduki jõuallikad.
Kuna põlemissüsteemid muutuvad nõudlikumaks, muutub süüde üha enam tehniliseks muutujaks, mitte lihtsalt komponendiks.
Korduma kippuvad küsimused
Mis vahe on lasersüütel ja süüteküünla süütel?
Süüteküünal käivitab põlemise fikseeritud elektroodide vahelise elektrilahenduse kaudu. Lasersüüde kasutab fokuseeritud laserimpulssi, et paigutada energia põlevas segus optiliselt valitud kohta. See tagab elektroodidevaba-süüte ja suurema paindlikkuse süütekoha valikul, samas kui sobivad süsteemiarhitektuurid võivad toetada ka mitut süütepunkti.
Millised on lasersüüte peamised piirangud?
Peamised väljakutsed on laser{0}}süsteemi hind, optiline-akende saastumine, joonduse stabiilsus, vibratsioon, soojusjuhtimine, komponentide vastupidavus ja integreerimise keerukus. Nende tähtsus varieerub märkimisväärselt laboratoorsete põlemisuuringute, statsionaarsete mootorite, gaasiturbiinide ja kosmosesõidukite tõukejõusüsteemide vahel.
Mis tüüpi lasereid kasutatakse lasersüütamiseks?
Kasutatud on palju eksperimentaalseid lasersüütesüsteemeQ-lülitatud pooljuhtlaserid-, näiteks Nd laserid. Siiski pole universaalset laserspetsifikatsiooni. Sobiv allikas sõltub vajalikust impulsi energiast, impulsi kestusest, lainepikkusest, kordussagedusest, kiire kvaliteedist, teravustamistingimustest, põlemisrõhust ja süsteemi arhitektuurist.
Kas otsite oma süüteprojekti jaoks laserallikat?
Laser-süütesüsteemi väljatöötamine? Saada meile omakütuse tüüp, põlemisrõhk, vajalik impulsi energia, impulsi kestus, kordussagedus, lainepikkus ja integratsioonitingimused.
Meie insenerimeeskond saab hinnata teie nõudeid ja arutada sobivatimpulsslaseri allikas teie põlemis- või süüteprojekti jaoks.