美国Boom超声速公司正研究激光诊断技术，以更精确地了解燃料进入发动机后的行为。该公司正在推进超声速飞机和发动机的开发工作，开发超声速喷气发动机容错率极低，尤其是在燃烧室中，燃料、空气、热量和压力在此汇聚，为此需要新方法研究燃烧行为。

　　在美国的一处燃烧测试设施中，Boom公司的工程师们使用高功率激光器和高速摄像机，以惊人的细节可视化燃料喷雾和火焰行为。这项工作不仅支持该公司的超声速发动机的研发，也为一款正在为高效人工智能数据中心开发的衍生燃气轮机的研发提供了支持。

　　测试在佐治亚理工学院的本·津恩燃烧实验室进行，该公司设计了一个发动机单燃料喷嘴，用于超声速发动机的测试。它将测试高压压气机、高压涡轮和燃烧室。激光束通过一系列反射镜以及柱面透镜和球面透镜进行整形，形成一层薄薄的光片。这层光片穿过从喷嘴喷出的燃料喷雾。

　　他们采用的方法是，将圆形光束转换成薄光片，任何穿过激光光片的燃料液滴都会散射光线。这种现象被称为米氏散射，它使工程师能够直接观察液滴尺寸、喷雾分布和均匀性。高速摄像机每秒拍摄数千帧，实时生成燃料雾化均匀性的可视化图像。通过研究燃料液滴的光散射，从而量化液滴分布和燃料喷雾的均匀性。

　　均匀的燃油喷射不仅仅是一项精细化改进，它对发动机的耐久性和效率至关重要。均匀的燃油喷射对于确保发动机内部各扇形区域的均匀散热至关重要，燃油喷射不均匀会导致散热不均匀。

　　燃烧不均匀会导致燃烧室出口处出现温度梯度，形成热点，从而对涡轮叶片造成不对称的热负荷。长此以往，会缩短部件寿命或限制运行裕度。如果燃烧室排气温度分布不均匀，则可能导致涡轮叶片耐久性问题。

　　除了喷雾可视化之外，Boom公司还利用光学滤光片直接成像火焰位置，从而显示燃烧室内部热释放发生的位置。工程师可以快速识别喷嘴一侧的性能是否燃烧均匀。

　　如果喷嘴顶部到底部或两侧的亮度存在差异，则表明喷嘴一侧的喷射效果不佳，工程设计最理想形态是一个均匀、中空的锥形喷射喷口。

　　激光诊断工作是Boom公司更广泛的推进系统路线图的一部分，该路线图旨在从部件级测试过渡到完整的发动机验证。重要的是，这项工作并非仅限于航空领域。同样的燃烧、效率和耐久性方面的研究成果也被应用于Boom公司专为人工智能数据中心设计的燃气轮机，在后者中，效率、热管理和可靠性同样至关重要。

　　Boom公司希望用这种模式，在设计阶段尽早进行测试，尽早消除风险，用数据验证假设并利用测试数据来指导设计决策。（航柯）