发展中的激光推进

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。     

激光聚焦点火区域流场演化的数值研究

激光聚焦点火区域形成的低密度球腔会制约吸气式高重频脉冲激光推进发动机的稳定工作。基于球形点火模型,用数值计算方法研究了等离子体的初始温度对球腔大小的影响以及球腔的演化特点。研究表明,当等离子体的能量较大时,它的初始温度对球腔大小的影响较小;球腔的密度不足环境气体密度的0.1倍,温度高达几千K,压强接近环境气体压强;球腔半径与等离子体动力学半径的比值稳定在0.29左右。通过对球腔演化规律的分析,为激光器参数的控制和聚焦系统的设计提供了一定的参考依据。     

水工质激光推进数值建模分析

在对水工质激光推进内流场特征分析的基础上,对描述内流场演化过程的数学模型进行探讨,研究了水滴蒸发模型、水滴变形和破碎模型在水工质激光推进内流场演化过程中的作用。研究结果表明,流场演化过程中,蒸发引起的水滴体积变化率不会超过0.0216%,因而蒸发模型对于计算结果影响不大,在计算过程中可以忽略;水滴在激波流场的作用下破碎成较小的水滴,形成二次雾化,破碎后的水滴体积最小只有原体积的1.5%,对于激光能量的沉积有较大影响,所以在计算中必须考虑水滴变形和破碎模型。     

基于二维激光支持爆轰波模型的光船工作过程数值模拟

以Raizer建立的一维激光支持的爆轰波模型为基础,根据激光推进中焦点区内入射激光强度的分布情况,建立了二维激光支持的爆轰波模型。在相同的激光入射功率下,分别采用球面激光支持的爆轰波模型、球冠激光支持的爆轰波模型和二维激光支持的爆轰波模型与流场控制方程组进行耦合求解,探讨了焦点区内激光强度分布不同时的光船推进性能。结果表明,在吸收相同激光能量的条件下,三种模型所得推力曲线和冲量耦合系数在误差范围内均吻合,说明能量在焦点区的分布对光船推进性能的影响不大。     

激光干涉仪测微冲量原理

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。     

激光推进发射微小卫星弹道仿真与分析

建立了初步的激光大气传输模型和光船的三维运动模型,通过对单站大气盘旋入轨模式下的推进弹道仿真分析可知,单站推进模式下激光在稠密大气层中行程较大,激光传输衰减严重。针对上述问题,以激光推进发射微小卫星为应用目标,提出了基于过顶接力和等光程接力两种方式下三站入轨的推进模式,给出并分析了相应的仿真结果,并利用等光程接力方式分析了激光推进发射微小卫星的运载能力。结果表明,三站等光程接力方式可以有效的解决激光传输问题,减小了激光在稠密大气层中的传输距离和激光的传输损失,提高入轨质量。     

NEPE推进剂激光点火特性

采用CO2激光点火系统，研究常压下NEPE推进剂中AP在点火过程中的作用，以及AP的表面积，燃速催化剂，初温，热流密度等因素与点火延迟时间的关系，结果表明：与HMX相比，AP是缩短点火延迟时间的主要因素，初温对点火延迟时间的影响程度取决于热流量的大小，存在着所谓的“拉平效应”。而降低AP粒度，提高AP表面积，在初温大于15℃时，有利于缩短点火延迟时间，而在小于15℃时则相反，适当的添加燃速催化剂也有利于缩短点火延迟时间。     

基于激光反射层析法的换能器声场测量技术及仿真研究

换能器的辐射声场分布能够直接反映出换能器声学性能的好坏,若不能精确测量出换能器的辐射声场,则会对换能器的诊断和评估造成严重影响。从理论仿真的角度出发,推导了运用激光反射层析法重建换能器辐射声场的理论公式,着重利用推导出的理论公式对激光反射层析法进行了仿真计算。结果表明激光反射层析法能够精确地重建出换能器的辐射声场分布及声场中的声压量值,这为换能器的声场重建及声压测量提供了一种可行的方法。     

粒子像测速技术（PIV）和激光散斑测速技术（LSV）的实验研究

本文应用粒子像测速技术（ＰＩＶ）和激光散斑测速技术（ＬＳＶ），对Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｂｅｎａｒｄ对流流动进行测量。说明这两种技术原理和数据处理方法是相同的，他们的区别取决于源密度（Ｓ．Ｄ．）。当Ｓ．Ｄ．≤１时，是粒子像模式，当Ｓ．Ｄ．＞１时，则呈现激光散斑模式。实验表明，三次光脉冲系统比二次光脉冲系统在测量信噪比方面改善很多。     

多通路激光火工品等效测量装置设计

激光火工品起爆系统的功能完整性影响着火工品的正常起爆。为了检测起爆系统的完整性,设计了一款以FPGA为核心的多通道激光火工品等效测量装置。该装置利用光电转换电路、放大滤波电路、A/D采样电路以及双SDRAM存储机制对每个通路的起爆激光功率进行连续采样,并通过板载CPCI总线与上位机完成控制指令和数据交换。试验表明,该装置激光功率采样精度和时序采样精度均满足设计要求,系统设计方案可行。