吸气式激光推进单脉冲能量特性研究现状

吸气式脉冲激光推进中,入射激光能量变化对其推进性能有着直接影响.在对国内外文献综合研究的基础上,总结了吸气式激光推进单脉冲能量特性的研究现状.通过对实验、理论和数值研究成果进行科学分析,提出了目前研究中存在的一些问题及对应的解决方案,最后给出了入射的激光能量与冲量耦合系数的关系,为进一步研究多脉冲下的推进性能提供了一定的参考价值.     

激光重复频率对吸气式多脉冲激光推进冲量耦合系数的影响

针对实验室已有的平顶抛物形喷管,数值模拟了单脉冲激光能量为500J时,不同激光重复频率下的激波流场演化过程,分析了喷管内激波流场对后续脉冲的影响,得到了冲量耦合系数随激光重复频率的变化规律。结果表明：激光重复频率在10～100Hz范围内,冲量耦合系数随频率的增加显著减小;在100～400Hz范围内,冲量耦合系数下降趋势变缓;随着脉冲数目的增多,喷管内气体密度降低,后续脉冲受到之前激波流场影响增大,推进性能降低。     

激光微烧蚀靶材的冲量耦合系数测量方法

冲量耦合系数是激光微推进的重要参数,反映激光能量转化为动量的能力.提出了扭摆干涉仪测微冲量的原理以及测量方法,解决了难于精确测量10-7～10-5N·s的微冲量的问题,以掺碳的聚氯乙烯为靶材,测得了它在激光微烧蚀下的最高冲量耦合系数将近70 μN/W.为激光微推进冲量耦合系数的计算提供了工程测量和计算方法.     

吸气式激光推进中推力形成过程的研究

将激光推进中的推力形成过程与传统化学火箭发动机中的推力形成过程进行了比较,分析了两者之间的异同;对激光引致的激波与喷管壁面流固耦合而产生的推力和气体从喷管出口端反冲而获得的推力分别进行了计算,计算结果表明：2种推力在一个力作用周期内的平均推力相等,也即力学效应相同;研究所得的结论为进一步研究吸气式激光推进机理提供有用的参考。     

重复脉冲激光推进工质推进性能与入射激光参数关系

重复脉冲激光推进过程中,入射激光的能量、波长、脉宽、光斑大小、重复频率等参数变化对激光推进工质推进性能有着直接影响。在对国内外实验数据分析、研究的基础上。总结了10．6μm、1．06μm2种波长激光与工质相互作用的实验研究成果,通过对实验数据进行科学分析,得出输入激光参数与工质推进性能的关系,并给出约定条件下优化激光输入参数。     

激光推进工质推进性能研究

激光推进工质推进性能研究是激光推进技术研究关注的焦点之一。在对国内外实验数据综合研究的基础上,分析了推进工质推进性能的实验规律及物理机制,从理论上解释了冲量耦合系数与推进工质物理性能之间的关系,初步提出了根据推进工质的物理性能进行优选工质的方法,得到一组较佳的激光推进工质。     

吸气式激光推进中空气对CO_2激光的吸收系数计算

比较分析了吸气式激光推进中空气对CO2激光的3种吸收机制,列出了相应的吸收系数计算公式。通过计算发现,自由-自由吸收对应的逆韧致吸收系数占总吸收系数的比例几乎达到80%,即在较强的激光辐照作用下,由于电子温度很高,高温空气主要通过逆韧致方式吸收入射激光能量。计算结果可以用于吸气式激光推进的能量沉积过程研究。     

应用激光脉冲法测试光纤模式耦合系数的研究

本文提出了一种新型的测试光纤模式耦合系数的方法,即激光脉冲法。给出实验装置和测试数据,并详细地讨论了耦合系数与其它参量的依懒关系,获得了满意的结果。     

吸气式激光推进环聚焦光船设计方法

激光推进是一种先进的推进技术，光船是进行激光推进研究的模拟飞行器；提出了吸气式激光推进环聚焦光船设计方法和原理，数控机床加工中光船内表面和外表面尺寸计算方法，以及体积、质量和质心位置计算方法。对空气吸气式模式的激光环聚焦推进光船设计和试验研究有重要参考意义。     

Experimental Investigation and Numerical Simulation of Air-Breathing Mode for Laser Propulsion

Laser propulsion is a new concept technique of propulsion and will have important application in future space technology. There are two main driving types: the air-breathing mode and the rocket ablation mode. Vertical flight experiments have been carried out with a simple paraboloid type lightcraft in the air-breathing mode by TEA-C02 laser. In simulation a new model is used for LSD/LSC wave, the result shows that the momentum coupling coefficient increases with the increase of the pulse energy.     

组合喷管构形激光推力器推进性能数值研究

激光推力器中,单一构形如旋转抛物形、锥形的喷管设计未对高压流场实现有效约束,推进性能较低。通过建立的计算模型,针对吸气模式下,抛物形与圆柱形喷管组合的激光推力器模型进行了数值研究,围绕圆柱喷管长度与脉宽对推进性能的影响规律以及流场演化特征进行了分析。结果显示：冲量耦合系数随圆柱喷管的增长而增加并趋于恒定,直径20mm、圆柱喷管长80mm的推力器模型在单脉冲激光能量密度1.5J/cm^2的条件下获得的冲量耦合系数高达627.7N/MW;脉宽对冲量耦合系数也有一定影响。     

激光推进用于飞行器姿轨控制的分析与仿真

激光推进成本低、可靠性高,可用作飞行器的空间推进和姿态调整。建立了考虑反馈控制和激光推进的飞行器动力学模型,模型中的操纵控制项模拟了飞行器操纵系统和激光推进产生的力、力矩。详细研究了确定操纵项的方法,使用自适应飞行控制律,给出一种通过求解线性方程组确定操纵控制项的方法。以圆形盘旋轨迹为例,进行了数值模拟,计算结果显示,激光推进下的飞行器能很好按照目标轨迹飞行,并对计算结果进行了分析。     

小推力液体火箭推进系统脉冲工况数值模拟

给出了液体火箭推进系统脉冲工作过程数值仿真模型；基于管道中一维流动力学方程的特征线解法，微分方程用差分解法，边界条件直接含在了模型中；对影响发动机多脉冲起动的主要参数进行了数值计算，计算结果与试验中发动机的工作参数具有较好的一致性；仿真软件和所得结果对小推力液体火箭推进系统设计具有重要参考价值。     

两种约束构形对激光推力器推进性能的影响

针对大气吸气模式环聚焦喷管无推力壁的激光推力器模型,首次提出对其内部等离子体流场进行约束,给出绕流约束和平行约束2种构形;使用高分辨率的差分方法,结合分区计算,在来流马赫数为5的条件下,分别模拟了基本构形和约束构形的定常流场,以及激光诱导的高温等离子体流场的波系演化过程,计算和比较了推力和冲量耦合系数;基本构形流场的演化规律以及冲量耦合系数的计算结果与文献吻合得很好,结果表明:喷管无推力壁时,绕流约束和平行约束对于推进性能影响不很明显,需设计新的约束构形并验证。