중수소 분사각에 따른 불화중수소 화학레이저의 성능향상에 관한 수치적 연구

Abstract

환형 노즐을 갖는 불화중수소 화학레이저 시스템에서 레이저빔 발진은 불소 원자와 중수소 분자의 혼합을 통해서 얻어진다. 초음속 연소기에서 연료의 분사각이 성능에 큰 영향을 미친다는 연구에 근거하여, 혼합률을 증진시키기 위한 연구로서 주유동과 일정각을 가지고 분사되는 중수소의 불소 원자와의 혼합률 증진에 대한 수치적 연구를 수행하였다. 중요 결과로서 중수소 분사각(10, 20, 40도)이 커짐에 따라서 최대 소신호 광학이득계수와 레이저 공동내의 압력이 상승하게 된다. 또한, 광학이득계수와 공동압력의 관점에서 불화중수소 화학레이저 발진을 위한 최대 성능은 20~40도 사이의 중수소 분사각에서 나타난다. In the chemical laser system with a radial expansion nozzle array, the laser beam generation is achieved by mixing F atom from supersonic nozzle and <TEX>$D_{2}$</TEX> molecule from holes of round-bended supply line. Based on that the fuel injection angle with main stream has a great influence of performance on supersonic combustor, the effects of <TEX>$D_{2}$</TEX> injection angles with the main F flow on mixing enhancement are numerically investigated. The results are discussed by comparison with three cases of <TEX>$D_{2}$</TEX> injection angles; <TEX>$10^{o}$</TEX>, <TEX>$20^{o}$</TEX> and <TEX>$40^{o}$</TEX> with the main flow direction. Major results reveal that as the <TEX>$D_{2}$</TEX> injection angle increases, the maximum small signal gains and the static pressure in the laser cavity become higher. Consequently, the <TEX>$D_{2}$</TEX> injection angle between <TEX>$20^{o}$</TEX> and <TEX>$40^{o}$</TEX> is recommended as an optimized geometric parameter in consideration of both of high gains and low cavity pressure.