激光推進(jìn)中的若干問(wèn)題的研究.pdf

1、激光推進(jìn)是利用高能激光與工質(zhì)相互作用產(chǎn)生的反作用力，進(jìn)而推動(dòng)飛行器前進(jìn)的新概念推進(jìn)技術(shù)。本論文就激光推進(jìn)中的幾個(gè)問(wèn)題作了一系列的實(shí)驗(yàn)研究，得到了一些有益的結(jié)果。 第一章簡(jiǎn)要回顧了激光推進(jìn)的發(fā)展歷程，介紹了激光推進(jìn)的一些基本概念。激光推進(jìn)按工作模式可以分為大氣呼吸模式和火箭模式。大氣呼吸模式是將由進(jìn)氣道吸入的空氣作為工質(zhì)，激光擊穿空氣，產(chǎn)生激光支持的等離子體爆轟波，從而推動(dòng)光船前進(jìn)的推進(jìn)模式；火箭模式是指激光加熱光船自身攜帶的工

2、質(zhì)(氣體，液體和固體)，使其產(chǎn)生高溫高壓等離子體，經(jīng)噴管?chē)姵霎a(chǎn)生推力的推進(jìn)模式。兩種模式都是通過(guò)激光與工質(zhì)的相互作用，將激光能量轉(zhuǎn)化為等離子體熱能，最終轉(zhuǎn)化為光船的動(dòng)能。激光推進(jìn)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)能分離以及能源和飛船相分離，是一種新概念的推進(jìn)。表征激光推進(jìn)的最主要兩個(gè)參數(shù)是沖量耦合系數(shù)和比沖，它們分別描述激光能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)量以及工質(zhì)轉(zhuǎn)化為沖量的效率。 第二章研究了鋁制旋轉(zhuǎn)拋物面型推力器上的溫度分布。采用脈沖TEA-CO2激光器作為推進(jìn)光源

3、，用響應(yīng)較快的K型熱電偶作為溫度傳感器，分別在大氣呼吸和燒蝕兩種工作模式下，測(cè)量了拋物面上不同點(diǎn)的溫度-時(shí)間響應(yīng)，研究了脈沖個(gè)數(shù)和環(huán)境氣壓對(duì)拋物面溫度的影響。文中對(duì)沖量耦合系數(shù)和氣壓的關(guān)系也作了研究，并將其與溫度聯(lián)系起來(lái)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溫度在旋轉(zhuǎn)拋物面的頂點(diǎn)處為最高，隨離頂點(diǎn)距離的增大而減小。在大氣呼吸和燒蝕兩種模式下，拋物面溫度隨著激光脈沖個(gè)數(shù)增加，但增加的比率逐漸減小，有飽和的趨勢(shì)。在激光脈沖個(gè)數(shù)確定的條件下，大氣呼吸模式的溫度隨氣壓的

4、減小先增大后減小，出現(xiàn)一個(gè)峰值；燒蝕模式則隨氣壓的減小而增大。在大氣呼吸模式下，沖量耦合系數(shù)隨著氣壓的減小先略為增大而后迅速減小，在約0.5atm處出現(xiàn)了一個(gè)弱峰；在燒蝕模式下，沖量耦合系數(shù)隨氣壓減小迅速升高，在氣壓低于0.5atm后，幾乎為定值。 第三章研究用干涉法測(cè)量激光微推進(jìn)中的微小推力的方法。在軌衛(wèi)星根據(jù)姿態(tài)控制、軌道控制和變軌等不同任務(wù)，為保證調(diào)控精度，所需的最小點(diǎn)火沖量只有10-9-10-3Ns，這樣的激光推進(jìn)稱為

5、微推進(jìn)。由于推力非常小，測(cè)量起來(lái)比較困難。采用光干涉法測(cè)量微推進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸無(wú)損傷測(cè)量。文中改進(jìn)了干涉法的數(shù)據(jù)處理方法，在光路中加入偏振光元件，產(chǎn)生兩路正交的信號(hào)，這樣可以方便的求出靶板在微推力下的位移-時(shí)間曲線，微分后就求得了加速度，進(jìn)而可以求出推力。 第四章首先介紹了任意反射面激光速度干涉儀(VISAR)的發(fā)展歷程和基本原理。VISAR是利用光的干涉來(lái)測(cè)量在沖擊力下物體的運(yùn)動(dòng)速度。在沖擊力下物體的運(yùn)動(dòng)可達(dá)102m/s以上