基于飞秒激光成丝的真空环境二维速度场测量与光丝动态特性研究

【作者】 邓宇宏； 屈郑悦； 唐世成； 余西龙； 张少华； 段俐； 贺建武； 康琦；

【机构】 中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室； 中国科学院大学工程科学学院；

【摘要】 飞秒激光电子激发标记(FLEET)测速技术因其无需外加示踪粒子和高时空分辨能力,在气体流动诊断中展现出独特潜力,但在真空环境(小于10000 Pa)下的应用仍面临技术挑战。本研究通过搭建双快门远距离显微成像系统(时间分辨率3μs),首次实现μN级冷气推力器诱导的飞秒激光等离子体光丝的动态捕捉,并提出基于Townes孤子的光丝中心线定位算法,定位精度较传统方法提升23%。实验覆盖7级环境压力梯度(10000 Pa至0.1 Pa),量化了光丝位移场及动态特性对压力变化的响应规律。结果表明,冷气推力器速度场在0.1 Pa环境条件下径向速度分量显著增强;光丝半径变化率在环境条件500 Pa以下非线性增长,与分子自由程理论预测偏差小于8%。本研究验证了FLEET测速技术在高真空环境下的可行性,为微型推进器性能评估和稀薄流场诊断提供了新方法。更多还原