Għal aktar minn seklu, l-ispark plug ipprovda mod sempliċi u affidabbli biex taqbad it-taħlitiet tal-fjuwil-arja. Iżda hekk kif is-sistemi tal-kombustjoni jimxu lejntaħlitiet aktar baxxi, pressjonijiet ogħla, fjuwils alternattivi u kundizzjonijiet operattivi aktar eżiġenti, l-inġiniera qed iħarsu aktar mill-qrib lejn kif it-tqabbid innifsu jista 'jinfluwenza l-prestazzjoni tal-kombustjoni.
Dan huwa fejn ignition bil-lejżerisir interessanti.
Minflok ma toħloq skarigu elettriku bejn elettrodi fissi, it-tqabbid bil-lejżer juża polz tal-lejżer iffukat biex jiddepożita l-enerġija direttament f'taħlita kombustibbli. L-approċċ jista 'jipprovdi flessibilità akbar filpost tat-tqabbid, ħin u twassil tal-enerġija, li jagħmilha attraenti għal magni tal-gass avvanzati, turbini tal-gass, sistemi ta 'propulsjoni u riċerka tal-kombustjoni.
Għaliex l-Inġiniera qed iħarsu lil hinn mill-ispark plug?
L-ispark plugs konvenzjonali huma maturi ħafna, iżda d-disinn tagħhom ibbażat fuq l-elettrodu-joħloq limitazzjonijiet prattiċi taħt kundizzjonijiet ta' kombustjoni eżiġenti.
Spark elettriku għandu jgħaqqad distakk fiss fl-elettrodu. Hekk kif il-pressjoni tal-kombustjoni tiżdied jew it-taħlitiet isiru dejjem aktar dgħif jew dilwit, il-kisba ta 'tqabbid konsistenti tista' ssir aktar ta 'sfida. L-elettrodi wkoll jilbsu maż-żmien u jilbsu fiżikament fejn is-sors tat-tqabbid jista 'jiġi pożizzjonat.
It-tqabbid bil-lejżer javviċina l-problema b'mod differenti.
Fl-ignition ta' spark-ikkaġunata bil-lejżer, polz qasir u ta' intensità-għoli huwa ffukat fit-taħlita kombustibbli. F'intensità ottika suffiċjenti, tqassim lokalizzat jista 'joħloq reġjun tal-plażma li jsaħħan malajr il-gass tal-madwar u jibda qalba tal-fjamma.
Id-differenza importanti mhix sempliċement li l-lejżer joħloq tip ieħor ta 'spark. Tinbidelfejn u kif tista' titwassal l-enerġija ta' tqabbid.
Minħabba li l-punt tat-tqabbid huwa ddeterminat ottikament aktar milli mill-pożizzjoni ta 'vojt tal-elettrodu, l-inġiniera jistgħu jinvestigaw it-tqabbid aktar fil-fond ġewwa l-kamra jew f'postijiet magħżula skont il-konċentrazzjoni tal-fjuwil lokali, il-kamp tal-fluss u l-istrateġija tal-kombustjoni.
Is-sistemi bbażati fuq il-lejżer-jistgħu wkoll jiġu ddisinjati madwar punti ta' tqabbid multipli, potenzjalment joħolqu diversi qlub tal-fjammi aktar milli jiddependu fuq front wieħed tal-fjamma.
Kombustjoni Dgħif Hija Opportunità Ewlenija
Il-kombustjoni dgħif hija attraenti minħabba li t-tħaddim b'aktar arja relattiva għall-fjuwil jista 'jappoġġa effiċjenza ogħla u temperaturi ta' kombustjoni aktar baxxi taħt kundizzjonijiet xierqa.
L-isfida hija li żżomm tqabbid stabbli hekk kif it-taħlita ssir aktar ħafifa.
Żvilupp bil-mod tal-fjamma, varjazzjoni minn ċiklu-għal-ċiklu u misfire jistgħu jsiru dejjem aktar importanti ħdejn il-limitu ta' tħaddim dgħif. Għal din ir-raġuni, sistemi avvanzati ta 'tqabbid qed jiġu investigati bħala mod biex jiġi estiż l-envelop ta' kombustjoni utli.
Programm tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti u tal-Laboratorju Nazzjonali tal-Argonne wera laser igniters fuq magna ta' sitt-ċilindri tal-gass naturali-. Taħt il-kundizzjonijiet tat-test irrappurtati, il-proġett kiseb a2.6-gwadann ta' effiċjenza ta' punt perċentwali meta mqabbel ma' spark ignition. L-istess programm identifika wkoll kwistjonijiet bħad-durabilità tal-igniter u l-fouling ottiku bħala sfidi importanti tal-inġinerija. ()
Ir-riżultat m'għandux jiġi interpretat bħala titjib tal-effiċjenza garantit għal kull magna. Aktar importanti minn hekk, turi li t-teknoloġija tal-ignition tista' ssir parti attiva mill-ottimizzazzjoni tas-sistema tal-kombustjoni-aktar milli sempliċement komponent meħtieġ biex tibda l-kombustjoni.
Il-Post tal-Ignition Issir Varjabbli tad-Disinn
Ġewwa kombustor, il-konċentrazzjoni tal-fjuwil, it-turbolenza, it-temperatura, il-pressjoni u l-veloċità tal-fluss jistgħu jvarjaw b'mod konsiderevoli minn post għall-ieħor.
A spark plug konvenzjonali tpoġġi s-sors ta 'tqabbid fejn il-ħardwer jista' jiġi installat fiżikament. It-tqabbid bil-lejżer jagħti lill-inġiniera aktar libertà biex jinvestigaw fejn għandu fil-fatt iseħħ it-tqabbid.
Ix-xogħol tat-turbini tal-gass-sostnjat tan-NASA jipprovdi eżempju utli. Testijiet imqabbla aigniter ottiku bil-lejżer b'igniter ta 'elettrodu konvenzjonaliu tqabbid bil-lejżer evalwat f'pożizzjonijiet assjali, radjali u ċirkonferenzjali differenti ġewwa l-kombustor. Matul il-programm ġew irrapportati aktar minn 200 avveniment tad-dawl tal-lejżer-mitfi. ()
Għall-inġiniera tal-kombustjoni, dan ifisser li l-post tat-tqabbid jista 'jsir parametru ieħor tad-disinn flimkien mal-injezzjoni tal-fjuwil, il-fluss tal-arja u l-ġeometrija tal-kamra.
Lil hinn mill-Magni: Laser Ignition f'Sistemi ta' Propulsjoni
It-tqabbid bil-lejżer qed jiġi investigat ukoll għall-propulsjoni tar-rokits u l-vetturi spazjali.
Direzzjoni waħda partikolarment interessanti hijakunsinna ottika remota. Minflok ma tinstalla sors sħiħ tal-lejżer direttament ħdejn kull kamra tal-kombustjoni, il-fibri ottiċi jistgħu potenzjalment iqassmu l-enerġija tal-lejżer minn sors ċentrali għal postijiet differenti ta 'tqabbid.
Proġett appoġġjat mill-ESA-immexxi minn DLR investiga tqabbid ibbażat fuq fibra ottika-għas-sistemi ta' kontroll tar-reazzjoni tal-lanċjar-. Għan wieħed kien li jiġi vvalutat jekk laser tal-qalba waħda jistax jiġi multiplexed permezz ta 'fibri ottiċi għal thrusters multipli, potenzjalment inaqqas il-massa tas-sistema ta' tqabbid addizzjonali-u jipprovdi flessibilità akbar fl-integrazzjoni tal-lanċjar. ()
DLR ilu jiżviluppa wkoll aSistema ta' Ignition Laser Multiplexed (MLIS)għal kunċetti ta' magni rokit-rokit li jistgħu jerġgħu jintużaw, b'riċerka mmirata biex eventwalment jaqbad diversi kmamar tal-kombustjoni bl-użu ta' sistema waħda ta' tqabbid. ()
Dawn l-iżviluppi juru għaliex it-tqabbid bil-lejżer huwa partikolarment interessanti fejnbidu ripetut, ignition distribwita jew kunsinna ta 'enerġija mill-bogħodjipprovdu vantaġġi fil--sistema.
Liema Parametri tal-Laser Jgħoddu għat-Tqabbid?
L-għażla ta 'lejżer għal proġett ta' tqabbid mhix sempliċement kwistjoni ta 'għażla tal-ogħla qawwa medja.
It-tqabbid bil-lejżer huwa fundamentalment aapplikazzjoni ta' enerġija-pulsata, u diversi parametri għandhom jiġu evalwati flimkien.
Enerġija tal-polz
Il-polz tal-lejżer irid iwassal biżżejjed enerġija fir-reġjun fokali biex isostni l-mekkaniżmu tat-tqabbid meħtieġ taħt il-pressjoni attwali, il-fjuwil u l-kundizzjonijiet tat-taħlita.
Enerġija tal-polz ogħla mhix awtomatikament aħjar. Il-valur xieraq jiddependi fuq il-pressjoni tal-kombustjoni, il-kompożizzjoni tat-taħlita, il-ġeometrija li tiffoka u l-affidabbiltà tal-ignition meħtieġa.
Tul tal-polz
It-tul tal-polz jinfluwenza l-ogħla qawwa u l-intensità ottika li tista 'tiġi prodotta fil-punt fokali.
Ħafna studji ta' tqassim tal-lejżer-indotti jużaw impulsi tal-lejżer qosra minħabba li l-ogħla intensità hija meħtieġa biex tinħoloq plażma b'mod effiċjenti. It-tul tal-polz ottimali, madankollu, jiddependi fuq il-mekkaniżmu tat-tqabbid u s-sistema ottika kompleta.
Tul tal-mewġ
It-tul tal-mewġ jaffettwa l-għażla tal--komponenti ottiċi, il-kunsinna tar-raġġ u l-interazzjoni mal-ambjent tal-kombustjoni.
Arkitetturi differenti tal-lejżer jistgħu għalhekk ikunu xierqa skont jekk is-sistema tużax kunsinna diretta ta'-spazju ħieles, twieqi ottiċi, fibri jew konfigurazzjoni ottika oħra.
Kwalità tar-raġġ u Iffukar
Li jkollok biżżejjed enerġija tal-polz ma tiggarantixxix tqabbid b'suċċess jekk dik l-enerġija ma tistax tiġi kkonċentrata b'mod effettiv.
Kwalità tar-raġġ, ottika li tiffoka u karatteristiċi fokali-spottiddetermina kemm tista 'tiġi ġġenerata intensità ottika fil-punt tat-tqabbid. Il-kundizzjoni tat-tieqa, l-allinjament u t-telf ottiku għandhom għalhekk jiġu kkunsidrati flimkien mal-ispeċifikazzjoni tal-lejżer.
Rata ta' Ripetizzjoni u Żmien
Il-lejżer għandu jagħti impulsi fil-frekwenza meħtieġa mill-magna, il-kombustor jew is-sistema ta' propulsjoni.
Daqstant importanti, kull polz għandu jkun sinkronizzat maċ-ċiklu tal-kombustjoni jew mas-sekwenza tal-bidu. F'sistemi prattiċi, l-integrazzjoni mal-arkitettura ta' kontroll elettroniku tista' għalhekk tkun importanti daqs il-laser innifsu.
Impuls-għal-Stabbiltà tal-Impuls
Esperiment tal-laboratorju jista' juri avveniment wieħed ta' tqabbid b'suċċess, iżda sistema operattiva trid tirriproduċi dak l-avveniment ripetutament.
L-istabbiltà tal--enerġija tal-polz issir partikolarment importanti waqt l-ittestjar tal-magni-tul twil, startjar ripetuti u tħaddim ta'-ċiklu għoli. L-inġiniera għandhom għalhekk jevalwaw mhux biss l-enerġija tal-polz nominali iżda wkoll kemm il-lejżer iżomm dik l-enerġija b'mod konsistenti maż-żmien.
Kunsinna tar-raġġ u Ambjent Operattiv
Is-sors tal-lejżer fl-aħħar jopera bħala parti minn sistema kompluta ta 'ignition.
Skont l-applikazzjoni, l-integrazzjoni jista' jkollha bżonn tindirizza:
- Kontaminazzjoni-t-tieqa ottika
- Allinjament mekkaniku u vibrazzjoni
- Ambjent termali
- Pressjoni tal-kombustjoni
- Konsenja ta' raġġ ta' fibra jew-spazjali b'xejn
- Spazju ta 'installazzjoni disponibbli
- Trażmissjoni ottika fit-tul-
Q-lejżers ta' stat solidu-mibdula, inklużiSistemi Nd, intużaw ħafna fir-riċerka tal-ignition tal-laser-; L-esperimenti tan-NASA, pereżempju, użaw sorsi Nd pulsati għal studji ta' tqabbid ikkawżat bil-laser-. ()
Għal proġett ta' riċerka OEM jew ta' kombustjoni-, il-mistoqsija ewlenija għalhekk mhix:
"Kemm huwa qawwi l-laser?"
Huwa:
"Jista 'l-laser ripetutament iwassal il-polz meħtieġ, fil-post meħtieġ, taħt il-kundizzjonijiet attwali tal-kombustjoni?"
X'inhu Għadu Żomm Lura Ignition Laser?
It-tqabbid bil-lejżer joffri flessibilità sinifikanti fl-inġinerija, iżda mhuwiex sostitut universali għal spark ignition konvenzjonali.
Sfidi prattiċi għadhom jinkludul-ispiża tas-sistema, l-allinjament ottiku, ir-reżistenza għall-vibrazzjoni, il-ġestjoni termali, il-kontaminazzjoni tat-tieqa-ottika u d-durabilità tal-komponenti-tul fit-tul.
It-tranżizzjoni minn dimostrazzjoni fil-laboratorju għal sistema ta'-magna lesta hija impenjattiva b'mod speċjali. Arranġament ottiku li jaħdem fuq bank tat-test għandu jibqa 'allinjat u stabbli waqt li jkun espost għall-vibrazzjoni, bidliet fit-temperatura, ċikli ta' pressjoni u depożiti ta 'kombustjoni.
Dan jgħin jispjega għaliex it-tqabbid bil-lejżer bħalissa huwa l-aktar konvinċenti fejn il-kapaċitajiet addizzjonali tiegħu jsolvu problema speċifika li t-tqabbid konvenzjonali ma jistax jindirizza faċilment.
Minn Komponent tat-Tqabbid għall-Kontroll tal-Kombustjoni
Is-sinifikat fit-tul-tal-ignition tal-lejżer jista' ma jkunx l-għajbien tal-ispark plug.
Il-valur akbar tiegħu huwa l-possibbiltà li tagħti lill-inġinieraaktar kontroll fuq l-avveniment tat-tqabbid innifsu.
Il-pożizzjoni tat-tqabbid tista 'tiġi aġġustata. Qlub tal-fjammi multipli jistgħu jiġu esplorati. L-enerġija ottika tista 'titwassal mill-bogħod. Reġimi ta' kombustjoni dgħif, ta'-pressjoni għolja u speċjalizzati jistgħu jiġu investigati mingħajr ma jiddependu għal kollox fuq skariku ta' elettrodu fiss.
Huwa għalhekk li l-ignition bil-lejżer tkompli tattira interess madwarmagni tal--gass naturali, turbini tal-gass, riċerka avvanzata tal-kombustjoni u propulsjoni aerospazjali.
Hekk kif is-sistemi tal-kombustjoni jsiru aktar eżiġenti, it-tqabbid qed isir dejjem aktar varjabbli tal-inġinerija aktar milli sempliċement komponent.
Mistoqsijiet Frekwenti
X'inhi d-differenza bejn it-tqabbid bil-lejżer u l-ignition tal-ispark plug?
Spark plagg jibda l-kombustjoni permezz ta 'skarigu elettriku bejn elettrodi fissi. It-tqabbid bil-lejżer juża polz tal-lejżer iffukat biex jiddepożita l-enerġija f'pożizzjoni magħżula ottikament fit-taħlita kombustibbli. Dan jipprovdi elettrodu-ignition ħielsa u flessibilità akbar fl-għażla tal-post tat-tqabbid, filwaqt li arkitetturi tas-sistema xierqa jistgħu wkoll jappoġġjaw punti ta 'ignition multipli.
X'inhuma l-limitazzjonijiet ewlenin tat-tqabbid bil-lejżer?
L-isfidi ewlenin jinkludu l-ispiża tas-sistema tal-lejżer-, il-kontaminazzjoni tat-tieqa- ottika, l-istabbiltà tal-allinjament, il-vibrazzjoni, il-ġestjoni termali, id-durabilità tal-komponenti u l-kumplessità tal-integrazzjoni. L-importanza tagħhom tvarja b'mod sinifikanti bejn ir-riċerka tal-kombustjoni fil-laboratorju, magni stazzjonarji, turbini tal-gass u sistemi ta' propulsjoni aerospazjali.
Liema tipi ta 'lejżers jintużaw għat-tqabbid bil-lejżer?
Użaw ħafna sistemi ta' tqabbid tal-laser-esperimentaliQ-lejżers ta' stat solidu-switched bħal lejżers Nd. Madankollu, m'hemm l-ebda speċifikazzjoni tal-lejżer universali. Is-sors xieraq jiddependi fuq l-enerġija tal-polz meħtieġa, it-tul tal-polz, il-wavelength, ir-rata ta 'ripetizzjoni, il-kwalità tar-raġġ, il-kundizzjonijiet tal-iffukar, il-pressjoni tal-kombustjoni u l-arkitettura tas-sistema.
Tesplora Sors tal-Lejżer għall-Proġett Tqabbid Tiegħek?
Tiżviluppa sistema ta 'ignition bil-lejżer? Ibgħatilna tiegħektip ta 'karburant, pressjoni tal-kombustjoni, enerġija tal-polz meħtieġa, tul ta' żmien tal-polz, rata ta 'ripetizzjoni, wavelength u kundizzjonijiet ta' integrazzjoni.
It-tim ta 'inġinerija tagħna jista' jevalwa l-ħtiġijiet tiegħek u jiddiskuti adattatsors tal-laser pulsat għall-proġett tal-kombustjoni jew tat-tqabbid tiegħek.