激光输能无人机的概念研究

激光输能无人机(UAV)由于飞行高度高和续航时间长等优势得到关注.从激光输能角度,基于无人机质量评估模型,建立了激光辐照功率密度和无人机输出功率以及飞行性能之间的函数关系.以Sky Sailor太阳能无人机为例,计算分析了激光输能无人机和太阳能无人机的升限和飞行包络.结果表明由于激光辐照功率密度大和光/电之间能量转化效率高,与太阳能无人机比较,可携带的有效载荷更大、升限更高、爬升和抗扰能力更强;随着激光辐照功率密度增大,即使电子设备和有效载荷的质量和功耗都增大,飞行包络很宽,同时,飞行速度增大,但实际升限有所降低.     

激光功率密度对纳秒激光烧蚀冲量耦合影响的数值模拟

为研究激光功率密度对纳秒激光烧蚀冲量耦合影响,建立了一个复杂的一维热传导和流体动力学模型。以空间碎片常见材料Al为例,用建立的物理模型数值计算了纳秒脉宽激光烧蚀产生的冲量随时间变化情况,数值结果和已有的实验数据符合较好。数值计算表明:辐照的激光功率密度越高,发生等离子体屏蔽时间越早,等离子体屏蔽越明显,能量利用率越低;随着激光功率密度的逐渐增大,获得的冲量逐渐趋于稳定,冲量耦合系数降低,数值计算结果与Phipps的最优能量耦合规律一致。      

聚焦角度对空气中激光维持爆轰波的影响

吸气式激光推进的激光能量沉积过程主要发生在激光支持的爆轰波（LSD波）的形成与演化阶段,分析LSD波的传播规律和影响因素对揭示能量沉积机理起到基础性作用。利用纳秒四分幅高速相机和延长光路的纹影系统,拍摄了不同聚焦角度下CO₂激光经透镜聚焦击穿空气流场的纹影照片,结合一维理论公式分析了LSD波速度。结果表明：在本文的实验条件下,吸气式激光推进击穿空气经历了LSD波和激光支持的燃烧波（LSC波）两个阶段, LSD波阶段的持续时间约7.1 μs;3种聚焦角度下LSD波速度与理论公式预测的整体趋势比较吻合;聚焦角度越小,LSD波的初始速度越大,聚焦角度θ=4.29°时实验数据达到约14 km/s。     

激光与空气作用过程中辐射能量损失的研究

激光与空气相互过程中,与辐射相关的各种过程起着特别重要的作用。研究了高温气体辐射对气体流体力学过程的影响。辐射能量密度和压力对气体状态和运动的影响完全可以忽略不计,而流场的辐射能量损失不能忽略。利用光线追踪法,运用辐射输运方程,根据光线在网格中的传播路径,计算空气吸收的激光能量;根据网格厚度,确定辐射能量损失。数值求解含能量源项的流体控制方程,对激光击穿空气的等离子流场演化过程进行了模拟,得到了辐射能量损失随入射激光能量的变化规律。     

基于激波管的等离子体辅助甲烷点火

在激波管实验系统的基础上,设计了等离子体放电单元,开展了等离子体对甲烷点火延迟时间影响的研究。测量了等离子体放电时的伏安特性曲线。测量了甲烷自点火延迟时间、持续放电条件下的点火延迟时间以及放电后断电下的点火延迟时间。对甲烷点火过程中的化学反应路径进行了分析。结果表明:等离子体放电电压与电流并不呈现相同的变化趋势,放电过程中气体电阻不断发生变化。很少的放电能量(小于4J)即可有效减少甲烷的点火延迟时间,在关闭电源后,放电产生的粒子依然可以在一定程度降低甲烷点火延迟时间。在低温或高温点火条件下等离子体对甲烷点火延迟时间的影响机理基本相同。点火温度较低(小于1000K),或者较高(大于1600K)时,持续放电对甲烷点火延迟的缩短效果更加明显,可以将甲烷的点火延迟时间缩短1个数量级或1个数量级以上。等离子体对甲烷点火延迟的作用效果是点火温度与等离子体质量摩尔浓度耦合影响的结果。      

间接法测量微推力现状及关键问题分析

间接法是星载微推进器推力测量的重要方法之一。将基于间接法的测量结构分为吊摆型、弹性盘型、悬臂梁型三种基本动力学构型,总结了三种结构的国内外研究现状,对比分析了三种结构的测量原理及测量特性。指出了测量理论模型、高精度参数标定、高精度位移测量是测量中的关键问题,并对各关键问题中的技术难点提出了解决方法。指出建立动力学模型,确定动态推力测量方法,以及研究推进器尾喷流冲击力与实际推力之间的关系是下一步需要重点解决的问题。     

基于多波长激光吸收光谱技术的气体温度二维重建

激光吸收光谱技术在航空航天领域具有广泛的应用前景。文章利用多波长激光吸收光谱技术设计了气体温度二维重建系统,实现了燃烧场气体温度的二维重建,通过增加吸收谱线信息减少了投影个数。重建算法采用了遗传模拟退火结合序列二次规划(SQP)的混合算法,在实现全局寻优的同时提高了运算效率。建立了产物包含水的燃烧模型,利用8条水的近红外吸收谱线,对燃烧场温度进行了二维重建。通过在测量信息中添加不同比例的随机噪声,验证了算法的稳定性,并与双波长吸收法进行了对比。数值仿真实验结果表明,在低噪声环境下,两种方法的重建结果相当;但对于噪声较大的环境而言,多波长吸收法的重建效果更为稳定。     

地基激光清除椭圆轨道空间碎片特性的计算分析

空间碎片对人类航天活动的危害很大,用高能激光减缓其危害性已受到广泛关注.针对地基激光清除椭圆轨道空间碎片问题,提出了单脉冲变轨和多脉冲变轨两种计算分析方法.仿真计算结果表明,碎片初始真近角在100°～150°附近降轨效果最佳;从激光器在地球表面可供布站的区域讲,在碎片真近角180°附近,布站区域最大;当推进激光总作用时间较短或作用距离较小时,单脉冲变轨计算模型和多脉冲变轨计算模型计算结果接近,因此可采用单脉冲变轨计算模型计算结果近似表示多脉冲作用效果.     

服从任意分布的部件可用度快速计算方法

工程中通常认为电子产品故障密度和修复服从指数分布，但是现代的航空和航天系统使用部件，并不总是指数分布，指数分布部件构成的系统也并不一定服从指数分布。文中提出了故障密度和修复密度任意分布的部件可用度快速计算方法，并且以故障密度和修复密度服从常用分布情形，即指数分布、正态分布、对数正态分布和威布尔分布情形，分析了任意分布部件可用度的变化规律，所提出的方法，便于工程实际应用。     

激光引致激波传播规律的数值研究

空气光学击穿的激波流场结构的研究是激光与物质相互作用研究领域中的重要组成部分。利用光线追踪法,采用解耦的辐射输运方程,数值求解含能量源项的流体控制方程,对空气光学击穿诱导激波的传播过程和随时间演化规律进行了研究。通过线形拟合,给出了激波传播的后期阶段激波半径随时间的变化关系。流场中的超压波形有几个峰值,由多列压缩-稀疏波组成,并且强度越来越弱。研究结果可为激光应用技术提供一定的理论支持。