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发展中的激光推进

推进技术 2009年第4期30卷 490-494,499页

作者：洪延姬李修乾窦志国装备指挥技术学院北京101416

激光推进作为一种利用激光能量与工质相互作用产生推力的新概念推进技术,以其比冲高、成本低、快速机动等优点吸引了国内外学者的广泛关注,美国、日本、德国、俄罗斯等国家都掀起了激光推进研究工作的热潮。这种新概念推进技术在微小卫... 详细信息

激光推进作为一种利用激光能量与工质相互作用产生推力的新概念推进技术,以其比冲高、成本低、快速机动等优点吸引了国内外学者的广泛关注,美国、日本、德国、俄罗斯等国家都掀起了激光推进研究工作的热潮。这种新概念推进技术在微小卫星的近地轨道发射和卫星姿轨控等领域有着广阔的应用前景。总结了近年来国外在激光推进领域的主要研究计划,讨论了国外研究计划的进展情况及发展趋势。对激光推进研究工作具有一定的借鉴作用。

关键词：激光推进研究计划研究进展发展趋势

固体火箭发动机两相内流场的连续介质-离散颗粒耦合混合模型数值模拟

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推进技术 2019年第5期40卷 1107-1117页

作者：周伟谢飞宁超苏庆东火箭军工程大学导弹工程学院陕西西安710025

为解决含Al推进剂固体火箭发动机内流场两相流动的数值模拟问题,采用将颗粒相视为连续介质和离散颗粒相结合的综合方法,建立起气相与颗粒相的双向耦合混合模型。针对颗粒类型与粒径尺寸的不同,采用拉格朗日法描述大粒径颗粒,平衡欧拉法... 详细信息

为解决含Al推进剂固体火箭发动机内流场两相流动的数值模拟问题,采用将颗粒相视为连续介质和离散颗粒相结合的综合方法,建立起气相与颗粒相的双向耦合混合模型。针对颗粒类型与粒径尺寸的不同,采用拉格朗日法描述大粒径颗粒,平衡欧拉法描述小粒径颗粒,克服了现有模型难以全面考虑颗粒尺寸效应而使模拟精度下降的困难,通过算例验证了该混合模型的有效性和准确性。针对含Al推进剂固体火箭发动机内流场湍流气粒两相流动进行了数值模拟,分析了不同粒径尺寸颗粒的分布及其对发动机内流场和结构性能的影响情况。结果表明,大颗粒粒径在跨喷管段变化明显,平均减小30%。粒径40μm以上的颗粒易破碎,且燃烧效率进入平台区,较10μm颗粒下降50%以上,其Al含量均大于60%。

关键词：固体火箭发动机拉格朗日法平衡欧拉法耦合混合模型气粒两相流

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流量调节器管路系统自激振荡特性研究

推进技术 2021年第7期42卷 1493-1500页

作者：张淼徐浩海李斌邢理想西安航天动力研究所液体火箭发动机技术重点实验室陕西西安710100 航天推进技术研究院陕西西安710100

流量调节器管路系统在小流量大压降工况下会出现低频自激振荡现象。为了深入认识自激振荡产生机理,结合某稳流型流量调节器及管路系统,基于流量调节器弹簧振子动力学模型开展数值仿真研究。数值仿真得出自激振荡频率为94Hz,与发动机试... 详细信息

流量调节器管路系统在小流量大压降工况下会出现低频自激振荡现象。为了深入认识自激振荡产生机理,结合某稳流型流量调节器及管路系统,基于流量调节器弹簧振子动力学模型开展数值仿真研究。数值仿真得出自激振荡频率为94Hz,与发动机试验结果一致。分析了流量调节器结构参数对系统稳定性的影响作用,三角形滑阀节流口能够抑制管路系统自激振荡。自激振荡产生机理是液动力随滑阀节流口型面振荡,并对管路系统形成正反馈作用,当流量调节器综合刚度系数<0时,管路系统就失稳产生振荡。某流量调节器的负载特性试验表明,随着流量调节器压降升高,管路系统稳定性变差。仿真获得的幅频特性,稳定边界与试验结果一致。

关键词：液体火箭发动机流量调节器管路系统瞬态过程自激振荡频率特性

吸气式激光推力器速度与高度耦合特性的数值研究

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推进技术 2007年第5期28卷 489-494页

作者：曹正蕊洪延姬文明李倩装备指挥技术学院北京101416

使用基于有限体积法和分区结构化网格划分的高分辨率数值方法，计算得到了两种吸气模式激光推力器模型在加速度为10m／s^2的发射过程中，其冲量耦合系数随海拔高度的变化规律。不考虑来流速度和空气补充时，高度特性计算结果与实验吻合... 详细信息

使用基于有限体积法和分区结构化网格划分的高分辨率数值方法，计算得到了两种吸气模式激光推力器模型在加速度为10m／s^2的发射过程中，其冲量耦合系数随海拔高度的变化规律。不考虑来流速度和空气补充时，高度特性计算结果与实验吻合得很好。结果表明：推力器与空气具有相对速度时，冲量耦合系数整体明显减小，导致激光推进单级入轨发射由吸气模式向火箭模式的切换点由目前预测的20～30km明显下移至10～20km；经过进气道增压处理后，冲量耦合系数大幅度提高，为了增大吸气模式的工作高度范围，进气道设计是必不可少的关键技术之一。

关键词：激光推进耦合系数特性数值仿真

氧化剂含量和粒度对NEPE推进剂燃速影响的模型化

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推进技术 2008年第4期29卷 502-507页

作者：李苗苗宋洪昌汪越李凤生程志鹏郭效德南京理工大学国家特种超细粉体工程技术研究中心江苏南京210094 湖北航天化学技术研究所湖北襄樊441003

以高能固体推进剂热分解特性和燃烧模型的研究成果为基础,建立了由化学结构参数计算NEPE推进剂的燃速和压强指数的公式,计算了氧化剂组分含量和粒度对燃烧性能的影响。经验证,计算结果与实测燃速值的偏差全部在±20%以内,其中80%的偏差... 详细信息

以高能固体推进剂热分解特性和燃烧模型的研究成果为基础,建立了由化学结构参数计算NEPE推进剂的燃速和压强指数的公式,计算了氧化剂组分含量和粒度对燃烧性能的影响。经验证,计算结果与实测燃速值的偏差全部在±20%以内,其中80%的偏差在±10%以内。这说明所建立的模型基本合理,编制的NEPE类推进剂燃速计算程序基本可行。

关键词：固体推进剂高能推进剂燃烧模型+ 燃烧性能计算方法燃速

外部轴向激励作用下螺旋桨轴承力非定常变化特性数值研究

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推进技术 2017年第4期38卷 721-731页

作者：舒敏骅陈科尤云祥胡天群上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

为了研究外部轴向激励作用对螺旋桨非定常轴承力的影响,基于动网格方法和RANS湍流模型相结合的数值方法,对螺旋桨进速系数0.833,转速10Hz条件下,外部轴向激励作用和无激励作用时三叶常规螺旋桨轴承力的非定常变化特性进行了分析。结果表... 详细信息

为了研究外部轴向激励作用对螺旋桨非定常轴承力的影响,基于动网格方法和RANS湍流模型相结合的数值方法,对螺旋桨进速系数0.833,转速10Hz条件下,外部轴向激励作用和无激励作用时三叶常规螺旋桨轴承力的非定常变化特性进行了分析。结果表明,相比于无激励作用,外部轴向激励作用会使螺旋桨非定常轴承力的频域上新增一个显著的响应分量,其频率与激励频率始终保持一致;若保持激励幅值不变,新增响应分量的幅值会随着激励频率的增大而增大;若保持激励频率不变,新增响应分量的幅值会随着激励幅值的增大而增大,且两者存在着系数为0.015的正比关系;外部轴向激励作用下螺旋桨的压力场和涡量场的分布与无激励作用时相比仅在细节上存在不同程度的差异。

关键词：非定常轴承力轴向激励激励频率螺旋桨动网格方法

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激光光船周围连续/稀薄混合流场的数值模拟

推进技术 2007年第5期28卷 495-500页

作者：徐珊姝吴子牛李倩洪延姬清华大学航天航空学院北京100084 装备指挥技术学院推进技术研究中心北京101416

当火箭模式激光推进器在高空稀薄大气中飞行时,需要在激光聚焦区附近喷射稠密气体工质,从而利用激光聚焦击穿气体工质形成等离子体,为光船提供推力。为了分析该光船的推力产生过程,采用连续流体力学计算方法(CFD)和直接数值模拟蒙特卡... 详细信息

当火箭模式激光推进器在高空稀薄大气中飞行时,需要在激光聚焦区附近喷射稠密气体工质,从而利用激光聚焦击穿气体工质形成等离子体,为光船提供推力。为了分析该光船的推力产生过程,采用连续流体力学计算方法(CFD)和直接数值模拟蒙特卡洛方法(DSMC)耦合的混合算法,数值模拟飞行高度为80 km飞行马赫数为5的激光光船周围高温连续气体和稀薄环境大气耦合的非定常混合流场,并得到推力随时间的演化曲线。结果表明,稀薄效应明显增加了激波厚度,高温效应延迟了推力的产生,并导致冲量耦合系数和比冲的降低。

关键词：激光推进稀薄效应火箭模式混合方法

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激光干涉仪测微冲量原理

推进技术 2007年第5期28卷 530-533页

作者：王广宇金星叶继飞装备指挥技术学院北京101416

对激光干涉仪测量微冲量的原理进行了初步研究,将激光与靶材相互作用产生的微冲量转化为冲击摆的微幅振动,通过激光干涉仪辨识此振动以获得冲量。激光干涉仪可分辨出λ/8的微振动,为精确测量微冲量提供了可靠的保证。理论分析表明,研究... 详细信息

对激光干涉仪测量微冲量的原理进行了初步研究,将激光与靶材相互作用产生的微冲量转化为冲击摆的微幅振动,通过激光干涉仪辨识此振动以获得冲量。激光干涉仪可分辨出λ/8的微振动,为精确测量微冲量提供了可靠的保证。理论分析表明,研究工作对在作用力时间不可忽略条件下精确测量10-4N.s量级以下的微冲量具有意义。

关键词：激光等离子体推力器激光干涉仪微冲量测量^+ 冲击摆^+

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激光推进中激光波长对推进效应的影响

推进技术 2007年第5期28卷 581-585页

作者：张凌童慧峰唐志平中国科学院材料力学行为和设计重点实验室中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

针对"烧蚀模式"激光推进,为了精确计算靶材的烧蚀质量以得到较准确的比冲值,采用了平衡气化和"电子崩"等简化模型描述激光等离子体的形成,初步实现了固体靶的激光动态烧蚀物理过程。同时采用光线跟踪的思想计算了等离子体的对激光脉冲... 详细信息

针对"烧蚀模式"激光推进,为了精确计算靶材的烧蚀质量以得到较准确的比冲值,采用了平衡气化和"电子崩"等简化模型描述激光等离子体的形成,初步实现了固体靶的激光动态烧蚀物理过程。同时采用光线跟踪的思想计算了等离子体的对激光脉冲的逆轫致吸收过程,重点计算和分析了激光波长对推进效应(冲量耦合系数Cm和比冲Isp)的影响及其机理,结果表明:随着波长的增大,Cm减小,Isp增大;波长为2.5μm处的能量利用率η最高,达到了97.8%。

关键词：激光推进烧蚀模式数值模拟