激光光船聚焦性能研究

激光推进是一种由远距离传输的地基定向能提供推进能量的新概念。它具有高比冲、高推重比、低成本等显著特点，是一种急待研究且应用前景广阔的新型推进技术。如何解决光船飞行中，激光束偏离光船主轴而不能正常聚焦问题是激光推进中重要问题之一。主要针对抛物形光船，编写了光线追踪法(ray tracing method，RTM)的计算程序；研究了入射激光的光轴与光船主轴偏离时，反射光束的聚焦性能；得出了焦平面上激光束的能流分布、激光点火线、点火区形状和大小。这将作为激光推进过程流体动力学数值模拟和光船飞行轨迹研究的一个重要依据。     

激光推进中一种光船结构的设计

随着激光推进技术的提出和高能激光技术的发展，以激光作为推进能量的飞行器将会有效解决降低火箭成本和提高火箭有效载荷的问题。设计了一种新型激光推进飞行器－－光船；建立了合理的物理模型和流体力学模型；用数值方法研究其喷管形状、位置对冲量耦合系数及推力的作用规律；根据数值计算结果对光船结构进行改进，确定了比较合理的光船结构。     

微型卫星激光推进发射概念与影响因素研究

建立了大气吸气模式与火箭模式组合的激光推进运载器（光船）发射微小卫星入轨的系统概念和分析模型，考虑了推进系统性能、大气传输衰减、模式转换高度、激光器功率、大气飞行阻力、发射点高度等因素对发射系统性能的影响，并对光船发射轨迹进行了计算和讨论。     

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。     

粗糙度与激光强度分布对光船聚焦性能的影响

激光束聚焦性能研究是激光推进技术研究中的一个重要内容。根据实验装置的形状和激光强度分布,建立了计算模型,编写了计算程序。用该程序可通过计算空间某点的激光能流密度和某个区域的能流密度分布来确定点火线的形状和点火区域的大小;研究喷管内壁的表面粗糙度和入射激光束的强度分布对聚焦性能的影响。为进一步研究激光支持等离子体流场特性和脉冲激光推进性能等提供重要的理论依据。     

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。     

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.     

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。     

点火形状对激光推力器推进性能的影响

在单脉冲激光能量为70 J作用下,用数值计算方法,对点火形状沿抛物形喷管对称轴的变化及其对激光推力器推进性能的影响进行了研究。研究表明,对于内表面母线方程y^2=20x,开口直径为0.08 m的喷管,当点火位置距离喷管内壁顶点0.02 m,点火区体积不变时,椭球或圆柱点火形状的变化对冲量耦合系数的影响很小;点火形状沿水平方向越细长,推力的变化幅度越小。通过分析点火形状对推进性能的影响,为设计聚焦系统提供了参考依据。     

激光目标识别系统光电探测电路的频率特性设计

本文从输入光信号频谱特性出发，分析了信号的频谱分布，研究了激光目标识别系统光电探测电路的总频带宽度和电路设计问题。根据电子学级联系统的放大器带宽计算方法，设计了激光目标识别系统光电探测电路的频率特性。     

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.     

冲击摆运动特性的数值研究

冲击摆运动特性研究对于激光推进冲量耦合过程的分析具有重要价值。以实验测量冲击摆运动的角位移为基础,通过不同初始条件下的运动微分方程,分析了数值解的计算精度,建立了合理的阻力模型,描述了冲击摆在激光脉冲瞬间作用下的运动特性。结果表明:数值研究很好地再现了冲击摆运动的实验过程,验证了脉冲激光对光船作用瞬间完成的特性。     

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。     

水下两相冲压喷射发动机性能的数值模拟研究

为了对水下两相冲压喷射发动机的性能进行理论研究,分别对扩张段、混合腔及喷管进行分析并建立了物理模型.基于双流体模型,采用变步长的Runge-Kutta法进行了喷管内泡状流计算.综合各部分计算结果求得发动机推力与推进效率.重点研究了混合腔与入口面积比(Am/Ai)、发动机入口面积(Ai)、通气量、航行速度及初始气泡半径对发动机推力及效率的影响.计算结果表明:发动机推力和效率均随着面积比Am/Ai的增大而增大;当Am/Ai保持不变时,推力和效率随入口面积Ai的增大而增大;推力随着通气量、航行速度的增大而增大,效率却随其增大而减小;气泡初始半径增大时,发动机推力及效率同时减小.这将为两相冲压喷射发动机设计提供一定依据.     

用于微小卫星姿轨控的激光烧蚀微推力器

随着微小卫星技术的不断发展,微推进系统对于微推力器的需求越来越高。激光烧蚀微推力器技术作为一种新型的电推进微推力器技术,在推进性能和系统集成方面具有鲜明的特色。以微小卫星的发展所带来的微推进系统的需求为应用背景,对比分析各种适合微小卫星需求的微推力器特点,跟踪激光烧蚀微推力器的最新研究进展,对2种典型微推力器性能进行了对比、分析和评估,最后给出了进一步研究的建议。