激光等离子体推进技术的研究进展

传统的采用化学燃料来驱动火箭升空的技术由于昂贵的发射费用、低的载荷比、复杂的发射操作运转模式、重复使用困难等缺点而一直困扰着人们对太空的进一步探索．但随着激光技术与航天技术的飞速发展，激光作为一种先进推进技术逐步呈现出其他推进技术不可比拟的优势和发展前景．文章对激光等离子体推进技术的工作原理和研究现状做了介绍，并对激光等离子体在驱动微型飞行器方面目前存在的技术问题和研究热点进行了简述．     

脉冲激光烧蚀推进技术的航天应用进展

脉冲激光烧蚀推进技术具有比冲高和推力可精确控制的特点,既可用于发射有效载荷也可用于星载动力,甚至可用小行星表面物质作为推进剂使其偏转轨道,因此,在航天领域得到越来越多关注。围绕激光单级入轨发射、同步轨道和火星轨道运输;激光微推力器用于航天器姿轨控,以及激光与电组合推进;激光烧蚀操控cm级空间碎片的轨道,以及激光烧蚀操控较大尺寸碎片的姿态;激光烧蚀偏转小行星轨道等方面,对脉冲激光烧蚀推进技术在航天领域研究现状和进展,进行了系统全面地归纳和总结,并对激光平均功率、波长、脉宽和推进剂选材等关键问题,进行了详细分析。     

新型的火箭推进方式——激光等离子体推进

传统推进技术是利用化学能将运载器送入预定空间轨道和实现航天器在轨机动的技术,主要是指液体和固体化学推进。从1926年美国人戈达德研制出以液氧,汽油为推进剂的液体火箭发动机至今,化学推进已经有近80年的发展历史,目前其理论体系和应用技术基本成熟,发射基地和地面测控系统等配套设施健全。化学推进最突出的特点是可以提供大推力,一直以来是航天领域使用最多的推进技术,而且在可预见的将来仍是重要的航天推进技术。     

水滴烧蚀多脉冲激光推进性能

 用实时的推力测试方法研究了水滴烧蚀模式多脉冲TEA CO2激光推进的推进性能。用纹影法研究了伴随水滴烧蚀产生的激波等流场变化过程。多脉冲激光推进的比冲和冲量耦合系数等性能参数随激光脉冲重复频率的变小和脉冲数目的增加而逐渐下降。与激光传输相反和相同方向的激波传播最大速度分别为10 km/s和7 km/s。与纹影法结果同步获得的推力曲线表明：汽化过程对推力的形成过程贡献最大,激波也对推力的形成过程有一定贡献。     

直径对脉冲爆震发动机性能的影响

本文通过实验研究了脉冲爆震发动机的直径对其性能的影响．实验结果表明；当爆震室的直径增大时，爆震波压力波形相似，平均峰值压力比较接近，且比冲基本保持不变，而推力则随爆震室直径的增大而增大。实验曲线表明爆震室内的流动具有自相似性，从而为建立尺寸律提供了实验依据．本文中比冲和平均推力是利用摆动原理测量的，并与由作用在推力壁上的压力计算得出的比冲和平均推力的理论值和实验值进行了比较，结果基本吻合，说明该测量方法可行．     

用于激光推进的高功率激光器的选择

 从激光推进的要求出发，阐述了用于激光推进的高功率激光器的选择原则，即激光器必须满足：（1）高的平均功率和峰值功率；（2）高的单脉冲能量；（3）高的重复频率；（4）优良的大气传输特性。主要分析了目前YAG固体激光器、自由电子激光器和TEA脉冲CO₂激光器的特点，通过上述4个方面性能的比较，认为在目前水平下，TEA脉冲CO₂激光器是进行激光推进的首选强激光源，其优点表现在：功率可达10kW量级，单脉冲能量可达0.5~1kJ，重复频率为20~40Hz；激光波长处于大气传输窗口，对大气变化不敏感；工作物质快速流动，不存在热透镜效应和破坏阈值；相关光学元件易于制造；光束质量较好；运行成本低。     

太阳与地磁活动对超低轨重力卫星电推进系统工作的影响

面向当前第25太阳活动周,评估太阳与地磁活动对超低轨重力卫星电推进系统工作的影响。通过对超低轨道重力卫星进行轨道仿真和分析GOCE任务数据,得出大气阻力的变化规律,并获得了太阳活动极大年附近任务和极小年附近任务对携带工质量的影响、地磁暴对电推进系统保持“无拖曳”工作的影响。结果表明：其余情况相同下,卫星在太阳活动低年附近任务的工作轨道高度可较高年降低约20 km,有利于提高重力信号强度。强地磁暴通常引起超低轨道卫星阻力增加30%～90%,飞行控制需为克服地磁暴影响留足够的推力裕度。推力器设计应保证最大推力的10%～70%推力区间具有高比冲,且着重考虑此区间的寿命问题。     

物理学与发展中的航天能源技术

 在人类开发太空、利用太空资源的航天活动中,航天能源是不可缺少的。无论是航天器的发射,在空间进行的姿态控制、轨道修正,还是航天器上各种电子设备的正常运行,都需要能源。由于航天器的特殊工作环境和工作性质,军事航天能源必须具有重量轻、无振动、寿命长、性能稳定等特点。物理学为航天能源的发展奠定了重要的理论基础。目前,人们正在不断地提高航天能源的利用效率,开发新的航天能源。一、火箭发动机火箭发动机是利用反作用推进原理产生推力的,是运载火箭的动力系统。可根据航天器在不同的运行过程需要的不同推力和工作环境,选取不同类型的火箭发动机。     

喷管构形和聚焦位置对雾化水滴推进性能的影响

以抛物形和锥形喷管为研究对象,开展了雾化水滴的脉冲式TEA CO<,2>激光推进性能的实验研究.冲营的大小由压电传感器测量得出的推力随时间的变化关系曲线得出.雾化水滴的能量转化效率达到了26.1%,比冲达到了102 s.对于较短的喷管而言,聚焦位置距离喷管顶部越近,推进性能参数越高.喷管构形对推进性能的影响比较明显,抛...     

烧蚀支板对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响

为了提高超燃冲压发动机燃烧室的性能,本文提出了燃料喷注支板与烧蚀支板组合的燃烧室新方案,并研究了新方案对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响。相比于单燃料喷注支板方式而言,加入烧蚀支板后,虽然燃烧室内的总压恢复系数有所下降,但燃烧室内燃料与空气的混合效率、燃烧效率均有显著提高,燃烧效率的提高弥补了燃烧室内总压损失所带来的机械能损失,使得燃料喷注支板和烧蚀支板组合方式下的燃烧室比冲高于单燃料喷注支板时的比冲。     

激光聚变主放大器能源系统

激光聚变驱动器要求其能源系统为闪光灯泵浦的放大器提供脉冲能量。传统的能源系统往往需要一些列独立的小型能源单元，而NIF和“神光”Ⅲ原型则采用单个模块储能高达1．6MJ和600kJ的新型能源模块。而且对激光主放大器和功率放大器只需一种规格的能源模块，这就极大地降低了硬件价格和安装费用，新型的能源模块还带有预电离／灯检查系统，其优点是多方面的。     

航天发射超导磁浮平台设计的初步实验研究

鉴于未来航天发射安全、可靠、低成本的要求，国外先后提出了不同磁悬浮系统助推发射运载器的概念及方案．我们基于初步拟定的高温超导磁悬浮发射系统方案，展开了相应的研究和探索．本文从磁浮系统悬浮力和稳定性综合考虑出发，建立配套高温超导实验测试系统，研究和比较了NdFeB永磁轨道构型和高温超导块材组合对磁浮系统性能的影响，并进行了定性的分析，其结果对小型缩比磁悬浮发射试验平台的构造具有极其重要的现实意义．     

脉冲爆震发动机性能分析

本文发展了一种新的脉冲爆震发动机性能分析模型,考虑了流体阻力和油珠直径对爆震波速度、压力及脉冲爆震发动机比冲的影响。性能分析模型计算结果与试验结果比较表明,当进行了两相流和流体阻力影响修正后,两者较好。     

喷管长度对直筒型激光推力器推进性能的影响

"烧蚀模式"激光推进是利用强激光烧蚀推力器自身携带的工质产生的高温高压气团反喷进行驱动的,推力器的喷管构型对推进性能有重要影响。鉴于此,从实验和数值模拟两个方面研究了喷管长度对直筒型激光推力器推进性能的影响。实验发现,衡量推进性能的2个主要参数冲量耦合系数和比冲均随着喷管长度的增加而增加,不过前者的增长呈渐缓趋势。综合考虑推进参数和推力器自重的影响,导出了推力器获得最大单脉冲速度增量(ΔvT)的最佳喷管长度公式。数值模拟得到的不同喷管长度推力器推进参数的变化规律与实验结果基本吻合:若喷管长度过短,则高压气体未能充分作用于推力器就被排出筒外,造成了能量的浪费;若喷管长度过长,筒内压力的衰减则成为影响推进性能的主要因素,从而解释了直筒型推力器的推进性能的增长趋势随喷管长度增加而逐渐趋缓的原因。     

激光等离子体推进技术研究新进展

随着激光技术的发展，激光等离子体推进技术越来越来呈现出其独特的优势，现在已成为当前科学研究和推进领域的研究热点之一．文章对激光等离子体推进技术的应用以及目前的研究进展进行了总结．     

掺杂金属颗粒的高分子工质激光推进实验研究

 利用大功率脉冲TEA-CO₂激光器作为光源,对不同元素、浓度以及颗粒直径金属掺入PVC的靶材进行了测试。结果发现,不同元素种类以及不同颗粒直径的金属掺杂后的PVC靶材的冲量耦合系数变化不大,但在不同功率密度处,比冲均有显著提高,其中纳米Fe粉性能最为优异。在功率密度为5×10⁶ W/cm²处,50%纳米Fe粉质量分数的靶材的比冲出现最大值。在大气环境下,对于掺有20%纳米Zn粉质量分数的PVC靶材,其冲量耦合系数随激光功率密度的提高而先升后降,比冲并不优异于比其熔点更高的Fe粉和Ni粉掺杂。     

激光烧蚀掺杂金属粉工质的推进性能

 为结合金属高比冲和聚合物工质高冲量耦合系数的优点,为激光推进光船优选工质,对掺入金属粉末的聚甲醛(POM)工质在CO₂激光辐照下的推进性能开展了实验研究。结果表明：在一定的条件下金属粉末能提高工质的推进性能。掺入微米铝粉的聚甲醛工质的冲量耦合系数最大值由12×^-5 N/W提高到21.72×10^-5 N/W,在直筒结构的约束下,最高冲量耦合系数和比冲分别提高到61.64×^-5 N/W和727.32 s,能量利用率超过了100%,表明工质参与了化学反应。     

混合比和燃烧组分浓度测量系统的原理和设计

研制了一套新型测量系统，系统由YGA激光器、染料激光器、晶体组、CCD摄像机、图像处理系统和附件等组成．与反斯托克斯拉曼散射、激光诱导荧光、平面激光诱导荧光和拉曼散射系统相仿，该系统具有测量燃烧组分浓度的功能．此外，它还可以测量喷嘴氧化剂和燃料的混合比分布，测量参数是给定时间内给定区域的统计值．系统已经成功用于液体火箭发动机气／气喷嘴、气／液喷嘴和液／液喷嘴喷雾场混合比分布特性研究，并已用于CO、CO2、NO、NO2、OH和H2O（g）等燃烧产物组分的浓度测量，这种新系统将成为液体火箭发动机工作过程研究的有力分析工具．     

航天发射超导磁浮平台设计的初步实验研究

鉴于未来航天发射安全、可靠、低成本的要求,国外先后提出了不同磁悬浮系统助推发射运载器的概念及方案.我们基于初步拟定的高温超导磁悬浮发射系统方案,展开了相应的研究和探索.本文从磁浮系统悬浮力和稳定性综合考虑出发,建立配套高温超导实验测试系统,研究和比较了NdFeB永磁轨道构型和高温超导块材组合对磁浮系统性能的影响,并进行了定性的分析,其结果对小型缩比磁悬浮发射试验平台的构造具有极其重要的现实意义.     

用于高超音速推进的反循环发动机热力性能分析

符号表fIkg空气对应的燃料流量ISP燃料比冲Ti后燃烧室出口温度马比推力，燃料空气当量比WT涡轮输出功MT飞行马赫数＄前登燃烧室出口温度。T涡轮膨胀比H飞行高度T4＊热交换器出口温度7TC压气机压比1引言八十年代以来，美、俄、德、法、英、日等主要空间大国均提出了各自的高超音速计划，如NASP、Sanger、HOTOL、STAR等。各国的方案在Ma＞6．5均采用火箭发动机或超燃冲压发动机，对于Ma＜6．5采用何种方案则分歧较大，有涡轮一冲压组合发动机方案、ATR方案、LACE方案等。本文对反循环发动机（InverseCgcleEngine）方案作了进…