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抛物面型激光推力器的热力冲击响应

爆炸与冲击 2009年第3期29卷 255-260页

作者：许仁萍唐志平蔡建胡晓军李莉萍中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230026

通过实验、机理分析和数值模拟系统地分析了大气模式激光推进中抛物面型推力器的热力冲击问题。在分析激光推进中存在的4种热载荷(入射、辐射、透射和运流)的基础上,建立了相应的热力耦合动态计算方法。多脉冲推进的计算温升与实验结果... 详细信息

通过实验、机理分析和数值模拟系统地分析了大气模式激光推进中抛物面型推力器的热力冲击问题。在分析激光推进中存在的4种热载荷(入射、辐射、透射和运流)的基础上,建立了相应的热力耦合动态计算方法。多脉冲推进的计算温升与实验结果吻合。计算表明,入射吸收和高温辐射是造成抛物面型激光推力器温升的主要原因,并预测推力器在熔化前首先发生拉伸破坏,揭示了激光推进中热力冲击破坏的机理和严重性。

关键词：爆炸力学热力冲击激光推进激光推力器

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聚光系统构形对激光推力器推进性能的影响

中国激光 2006年第6期33卷 739-742页

作者：崔村燕洪延姬王军何国强西北工业大学航天学院陕西西安710072 装备指挥技术学院北京101416

在喷管与聚光系统一体化设计时,聚光系统因其同时承担聚光和喷管两项功能而成为激光推力器的重要组成部分。通过改变聚光系统内表面的母线方程,可以改变点火区的大小、形状、点火区与聚光系统内表面的距离及喷管长度等参数,而这些参数... 详细信息

在喷管与聚光系统一体化设计时,聚光系统因其同时承担聚光和喷管两项功能而成为激光推力器的重要组成部分。通过改变聚光系统内表面的母线方程,可以改变点火区的大小、形状、点火区与聚光系统内表面的距离及喷管长度等参数,而这些参数都会对激光推力器的推进性能产生影响。针对不同的聚光系统构形建立了相应的点火模型,数值计算与实验结果一致,即当注入能量不超过60 J时,在喷管出口直径相同的条件下,抛物形喷管点聚焦方式比环聚焦方式所获得的冲量耦合系数大,可达38.84×10-5N.s/J;而冲量耦合系数对点火区与聚光系统内表面的距离及喷管长度等参数并不十分敏感。研究结果对于吸气式激光推力器的喷管构形设计具有指导意义。

关键词：激光技术激光推力器聚光系统喷管耦合系数

线性喷管构形对激光推力器冲量耦合系数的影响

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强激光与粒子束 2006年第2期18卷 193-196页

作者：崔村燕洪延姬何国强李倩曹正蕊西北工业大学航天学院西安710072 装备指挥技术学院北京101416

喷管是激光推力器的重要组成部分。在设计喷管构形时,可以使其与聚光系统一体化设计,也可以把聚光系统和喷管分离设计。针对聚光系统与喷管分离设计的工作模式,建立了一种辅助聚焦系统的点火模型。通过改变喷管的构形,分析了圆锥形、圆... 详细信息

喷管是激光推力器的重要组成部分。在设计喷管构形时,可以使其与聚光系统一体化设计,也可以把聚光系统和喷管分离设计。针对聚光系统与喷管分离设计的工作模式,建立了一种辅助聚焦系统的点火模型。通过改变喷管的构形,分析了圆锥形、圆台形喷管的冲量耦合系数与喷管顶部直径与出口直径之比以及喷管长度与出口直径之比之间的关系。通过对推力曲线的分析,阐述了喷管结构参数对其性能影响的原因。研究结果显示,圆台形喷管的推进性能优于圆锥形和圆筒形。

关键词：喷管激光推力器点火模型冲量耦合系数设计参数

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透射式烧蚀激光推力器羽流场分析研究

真空科学与技术学报 2021年第8期41卷 721-725页

作者：崔寓淏喻新发唐振宇文明叶继飞北京卫星环境工程研究所北京100094 航天工程大学激光推进及其应用国家重点实验室北京101416

本文采用蒙特卡洛方法,针对透射式烧蚀激光推力器真空羽流流场进行分析研究。基于烧蚀工作原理,构建了透射式激光推力器喷射理论模型,对其真空羽流流场进行了数值模拟,获得了羽流场变化过程及流场分布情况。将模拟结果与实验结果进行了... 详细信息

本文采用蒙特卡洛方法,针对透射式烧蚀激光推力器真空羽流流场进行分析研究。基于烧蚀工作原理,构建了透射式激光推力器喷射理论模型,对其真空羽流流场进行了数值模拟,获得了羽流场变化过程及流场分布情况。将模拟结果与实验结果进行了比较,结果表明模拟结果与实验结果符合性良好。本文为搭载激光推力器卫星羽流场以及敏感表明污染分析提供理论基础。

关键词：激光推力器蒙特卡洛方法分子流羽流场

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烧蚀模式激光推力器的实验研究

烧蚀模式激光推力器的实验研究

作者：彭杰中国科学技术大学

学位级别：硕士

激光推进是利用激光与工质相互作用产生的反作用力进行驱动的新型推进方式,可以大幅度提高比冲和推进效率,提高效载荷比,降低发射成本。本文主要开展了烧蚀模式激光推力器相关实验研究,包括推力器工质的优选与混合工质的制备,工质在不... 详细信息

激光推进是利用激光与工质相互作用产生的反作用力进行驱动的新型推进方式,可以大幅度提高比冲和推进效率,提高效载荷比,降低发射成本。本文主要开展了烧蚀模式激光推力器相关实验研究,包括推力器工质的优选与混合工质的制备,工质在不同气体环境中的推进性能,推力器最优构型等。分别在YAG和CO激光下开展了聚合物工质的推进性能实验。在YAG激光下烧蚀合成橡胶(EPDM)工质得到了最高28dyne/W的冲量耦合系数,并且发现在激光功率密度提高到1×10dyne /W附近时,各种不同的聚合物的冲量耦合系数都趋近相同,可能是因为在这样高的激光功率密度下聚合物能被彻底分解成最小的单个原子,甚至等离子体,不同聚合物的烧蚀产物已经没有太大区别,因此所得到的冲量耦合系数趋于一致。在CO激光下开展了混合工质的实验研究,在向POM中加入质量分数20%的微米量级铝粉后,在一定功率密度范围内(>2×10W /cm )工质的比冲得到显著提高。在功率密度1.43×10 W /cm下掺入20%铝粉的POM的I提高到606.7s,远高于纯POM的122.2s。初步开展了工质在不同激光下的工质推进性能实验研究,实验表明工质在不同激光下的推进性能是不同的,获得最大的冲量耦合系数时所对应的激光功率密度也不一样。激光脉冲波形拖尾小的激光器激光的能量利用率较高,因此获得的工质推进性能也较高。开展了凝聚态推力器构型实验研究,实验表明直筒推力器推进性能优于锥形扩张推力器。利用PVDF获得了激光烧蚀大气环境中直筒约束下的POM工质时表面气团压强的变化过程,可以看出直筒约束促进烧蚀气团与空气中的氧充分发生化学反应释放化学能是直筒约束下工质推进性能提高的主要原因。初步开展了直筒推力器最优构型的实验,实验表明直筒长度与直筒直径比(β)和直筒直径与光斑直径比(α)是影响推进性能的主要参数。随着β增大,推力器的冲量耦合系数也提高,但提升幅度逐渐减小;随着α增大,推力器冲量耦合系数先增大后减小。选取了POM和工质的工作点,并在单脉冲能量分别为250J和500J的激光器下初步开展了直筒构型的缩放实验。在选取β=2不变的情况下,POM的最优直筒构型α都在2.4附近;POM+μAl工质在单脉冲250J和单脉冲500J激光器下的最佳α分别为2.84和2.27,可以粗略认为工质在不同能量激光器下的最优α在2.27.84范围内。使用POM+μAl工质采用最优的直筒构型时,能获得最大冲量耦合系数为108.5dyne/W,同时比冲高达820s。使用POM+μAl工质时,能获得的冲量耦合系数高于90dyne/W,同时比冲为1730s,远高于现在的化学火箭。

关键词：激光推进烧蚀模式冲量耦合系数比冲 CO2激光 POM+μAl 激光推力器气体环境

不同气体工质对激光推力器冲量耦合系数的影响

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光学与光电技术 2007年第4期5卷 4-7页

作者：程翔胡春波何国强姜立东彭永林西北工业大学航天学院西安710072

通过冲击摆实验,测量了激光推力器在不同气体工质(氩气,氦气)、不同工作压力条件下的冲量耦合系数,比较了不同气体对激光推力器冲量耦合系数的影响。实验结果表明:冲量耦合系数随着环境压力的下降而下降,并且下降趋势越来越快;在氩气中... 详细信息

通过冲击摆实验,测量了激光推力器在不同气体工质(氩气,氦气)、不同工作压力条件下的冲量耦合系数,比较了不同气体对激光推力器冲量耦合系数的影响。实验结果表明:冲量耦合系数随着环境压力的下降而下降,并且下降趋势越来越快;在氩气中测量的冲量耦合系数比氦气的高;实验产生误差的主要因素是摆角的测量误差。

关键词：激光推力器冲量耦合系数氩气氦气压强

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组合喷管构形激光推力器推进性能数值研究

装备指挥技术学院学报 2010年第5期21卷 125-129页

作者：程富强窦志国装备指挥技术学院研究生管理大队北京101416 装备指挥技术学院基础部北京101416

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... 详细信息

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。

关键词：激光推进激光推力器组合喷管推进性能

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点火形状对激光推力器推进性能的影响

装备指挥技术学院学报 2009年第5期20卷 68-71页

作者：柯发伟金星李倩曹正蕊装备指挥技术学院研究生管理大队北京101416 装备指挥技术学院航天装备系北京101416 装备指挥技术学院基础部北京101416

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... 详细信息

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。

关键词：聚焦系统点火形状激光推力器推进性能

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吸气式脉冲激光推力器系统设计及研究现状

科技展望 2017年第21期27卷 172-173页

作者：缪统程富强李贞屹中国人民解放军63779部队中国西安卫星测控中心

吸气式脉冲激光推力器因具有推进性能优良,结构简单,激光吸收区域稳定等优点,成为激光推进领域重点研究内容之一。本文首先从吸气式脉冲激光推力器的工作环境及特点,分析了其系统结构组成。在综合国内外吸气式脉冲激光推力器研究现状基... 详细信息

吸气式脉冲激光推力器因具有推进性能优良,结构简单,激光吸收区域稳定等优点,成为激光推进领域重点研究内容之一。本文首先从吸气式脉冲激光推力器的工作环境及特点,分析了其系统结构组成。在综合国内外吸气式脉冲激光推力器研究现状基础上,对比了几种典型推力器模型的优缺点。最后对吸气式脉冲激光推力器的未来发展提出了几点思考。

关键词：激光推进激光推力器聚焦系统冲量耦合系数