美國Boom超聲速公司正研究激光診斷技術，以更精確地了解燃料進入發動機后的行為。該公司正在推進超聲速飛機和發動機的開發工作，開發超聲速噴氣發動機容錯率極低，尤其是在燃燒室中，燃料、空氣、熱量和壓力在此匯聚，為此需要新方法研究燃燒行為。
在美國的一處燃燒測試設施中，Boom公司的工程師們使用高功率激光器和高速攝像機，以驚人的細節可視化燃料噴霧和火焰行為。這項工作不僅支持該公司的超聲速發動機的研發，也為一款正在為高效人工智能數據中心開發的衍生燃氣輪機的研發提供了支持。
測試在佐治亞理工學院的本·津恩燃燒實驗室進行，該公司設計了一個發動機單燃料噴嘴，用于超聲速發動機的測試。它將測試高壓壓氣機、高壓渦輪和燃燒室。激光束通過一系列反射鏡以及柱面透鏡和球面透鏡進行整形，形成一層薄薄的光片。這層光片穿過從噴嘴噴出的燃料噴霧。
他們采用的方法是，將圓形光束轉換成薄光片，任何穿過激光光片的燃料液滴都會散射光線。這種現象被稱為米氏散射，它使工程師能夠直接觀察液滴尺寸、噴霧分布和均勻性。高速攝像機每秒拍攝數千幀，實時生成燃料霧化均勻性的可視化圖像。通過研究燃料液滴的光散射，從而量化液滴分布和燃料噴霧的均勻性。
均勻的燃油噴射不僅僅是一項精細化改進，它對發動機的耐久性和效率至關重要。均勻的燃油噴射對于確保發動機內部各扇形區域的均勻散熱至關重要，燃油噴射不均勻會導致散熱不均勻。
燃燒不均勻會導致燃燒室出口處出現溫度梯度，形成熱點，從而對渦輪葉片造成不對稱的熱負荷。長此以往，會縮短部件壽命或限制運行裕度。如果燃燒室排氣溫度分布不均勻，則可能導致渦輪葉片耐久性問題。
除了噴霧可視化之外，Boom公司還利用光學濾光片直接成像火焰位置，從而顯示燃燒室內部熱釋放發生的位置。工程師可以快速識別噴嘴一側的性能是否燃燒均勻。
如果噴嘴頂部到底部或兩側的亮度存在差異，則表明噴嘴一側的噴射效果不佳，工程設計最理想形態是一個均勻、中空的錐形噴射噴口。
激光診斷工作是Boom公司更廣泛的推進系統路線圖的一部分，該路線圖旨在從部件級測試過渡到完整的發動機驗證。重要的是，這項工作并非僅限于航空領域。同樣的燃燒、效率和耐久性方面的研究成果也被應用于Boom公司專為人工智能數據中心設計的燃氣輪機，在后者中，效率、熱管理和可靠性同樣至關重要。
Boom公司希望用這種模式，在設計階段盡早進行測試，盡早消除風險，用數據驗證假設并利用測試數據來指導設計決策。（航柯）
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