压强冲量系数法确定标准发动机燃烧终点

对不同型号的 Φ1 2 7mm发动机燃烧终点的确定方法进行研究 ,采用平均压强系数法对上千发不同型号 BSF-Φ1 2 7mm发动机试验数据进行数理统计 ,并与以往的数据进行比较 ,燃烧时间测试误差在 0 .5 %以内 ,平均压强冲量系数法的准确性可达 80 %以上。换算到标准压强条件下 ,平均压强冲量系数法的计算精度优于切线法的计算精度 ,并作出了计算验证。此方法能应用于各种类型 BSF-Φ1 2 7mm发动机试验 ,具有一定的推广价值。

激光脉冲重复频率对冲量耦合系数的影响

设计了触发间隔从100ms到5ms可调的双脉冲触发器驱动TEACO2激光器高压开关,用以模拟激光器不同的输出脉冲重复频率。用该装置精确控制的不同激光脉冲重复频率下,对抛物面型光船模型进行了大气模式激光推进中冲量耦合系数的实验研究。发现冲量耦合系数随着重复频率的增加而下降,而单位时间内光船获得的冲量耦合系数的增量则随着重复频率的增加而增大。初步分析认为,这是由于飞行器内的空气未得到充分的补充造成的。

基于复摆模型的高速摄影冲量耦合系数测量方法

提出了一种基于复摆模型的高速摄影冲量耦合系数测量方法，冲量缓慢加载时由编码器标定复摆的系统参数，脉冲激光瞬态作用冲击加载时由高速相机测量最大摆角，有效地解决了编码器由于振动干扰无法进行角度判别的问题。实验测量结果表明：系统参数标定相对误差低于2．8％，冲击加载时冲量耦合系数测量结果具有很好的重复性，在（32．3～32．9）×10^-5N·s·J^-1范围内，与国外报道的同类构型激光推力器数据吻合。

悬摆法测量气体推进剂激光推进冲量耦合系数

给出了悬摆法测量激光推进冲量耦合系数的原理，分别以空气、氩气、氮气和氮气为推进剂，用悬摆法测量了抛物形推力器在能量不同的单脉冲TEACO2激光辐照下的冲量耦合系数。实验结果表明：氩气的冲量耦合系数最高，氦气的冲量耦合系数最低；在实验测试的激光能量范围内，4种推进剂气体的激光推进冲量耦合系数基本上都随着激光能量的增加而线性增大，冲量耦合系数的相对误差为5．4％～6．4％。实验结果与国外相关实验结论一致。

气压对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

保持CO2激光的单脉冲能量为61.4～64.6 J,采用高精度冲击摆系统进行了不同气压下吸气模式激光推进冲量耦合系数的实验测试,分析了对应的高度特性。结果表明:气压为2.8×104～1×105Pa,即距离地面0～10 km时,冲量耦合系数大约3.5×10-4N.s.J-1,上下波动幅度低于5%;气压低于2.8×104Pa,即高度大于10 km时,冲量耦合系数呈二次曲线显著下降;当气压降至1×103Pa,即距离地面约31 km高度时,耦合系数仅为9.7×10-5N.s.J-1。

线性喷管构形对激光推力器冲量耦合系数的影响

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。

激光推进冲量耦合系数测量方法比较

针对测量冲量耦合系数的水平导轨法和冲击摆法,分别进行了误差计算和实验研究。计算结果表明：水平导轨测量法的相对误差（4.6%）略小于冲击摆测量法的相对误差（6.1%）,其中位移参数和最大摆角的测量精度对于相对误差的影响最大。实验结果表明：两种方法的测量结果基本一致,冲量耦合系数均随着入射脉冲能量的增大而增大,且两组数据相差在6%以内,在入射脉冲能量为3~14 J时,冲量耦合系数最高可达260 N.MW-1。

气压对脉冲激光冲量耦合系数的影响

用高灵敏冲击摆测量了LY12铝和K9光学玻璃受激光照射时的冲量耦合系数与气体压力的关系。实验结果表明 ,对于LY12铝合金 ,在气体压力为 0 0 3Pa和 97kPa两种情况下冲量耦合系数相差近 8倍 ;而对K9玻璃 ,在气体压力为 0 .0 5Pa和 97kPa两种情况下 ,冲量耦合系数相差 5 0倍以上 ,表明了LSD波的强弱与气体压力相关并对冲量耦合系数产生重要影响。

单脉冲能量对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

利用透镜聚焦，抛物面喷管约束，结合复摆和光指针测量系统研究了单脉冲能量对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响，实验中通过调节激光器工作电压和硅片衰减实现了脉冲能量5～70J范围的有效拓展；进一步采用纳秒分幅高速相机拍摄了24J能量下的流场纹影照片。结果表明：在4～9J低能量和32～70J较高能量区间，冲量耦合系数均较稳定；9～32J能量下冲量耦合系数呈线性增长趋势，变化范围（6．5～21．0）×10^-1N·s·J^-1；纹影照片显示流场演化经历了激光支持爆轰波、爆燃波和激波3个阶段，耦合系数的变化规律源于不同单脉冲能量对应不同的能量沉积效率。

等离子体屏蔽和稀疏波对冲量耦合系数的影响

利用脉冲Nd:YAG激光作用在铝、铜靶上,研究了不同入射激光能量下冲量耦合系数和离焦量之间的关系,以及不同功率密度情况下冲量耦合系数和光斑直径的关系。实验表明铝靶在入射激光脉冲能量由75.8 mJ增加到382.3 mJ时,冲量耦合系数峰值对应的最佳离焦量由-10 mm处远离焦点向透镜方向移到-18 mm,而对应的激光功率密度仅由2.0×109W/cm2增加到3.9×109W/cm2;铜靶实验规律和铝靶类似。等离子体屏蔽的吸收作用导致了冲量耦合系数达到最大值后迅速降低。铝靶在入射激光功率密度由0.7×109W/cm2增大到1.0×1010W/cm2时,冲量耦合系数随光斑直径增大而增大,对应变化斜率由5.2×10-5N.s/(mm.J)增大到49.2×10-5N.s/(mm.J),表明了稀疏波对冲量耦合系数的削弱作用随入射激光功率密度增加而增加,随光斑直径增大而减小。

空气压强对激光推进器冲量耦合系数影响

设计并加工了激光推进器实验模型,以空气为推进工质,利用脉冲式CO2激光器,研究了空气压强对激光推进器冲量耦合系数影响。实验结果表明,空气压强对激光推进器性能有显著影响。在文中实验条件下,当空气压强大于6 kPa时,激光推进器冲量耦合系数随压强减小而减少较慢;当空气压强小于6 kPa时,激光推进器冲量耦合系数随压强减小而减少很快。

基于复摆模型的多脉冲冲量耦合系数测量方法

在单脉冲冲量测量方法的基础上,增加激光脉冲提取和摆杆控制单元,提出了一种基于复摆模型的多脉冲冲量耦合系数测量方法。分析了多脉冲的两种测量模式及实现流程,解决了数据处理面临的新问题,并对该方法进行了检验,结果表明:所设计的激光脉冲提取和摆杆控制单元满足25Hz频率要求,可实现在40ms内提取多脉冲序列的任意一个脉冲;模拟多脉冲序列下测得两种模式15°锥形喷管的冲量耦合系数为371.0～375.3N/MW,具有很好的一致性。该方法可用于吸气式激光推进的多脉冲性能研究,并作为其他多脉冲研究方法的有效补充。

聚焦方向对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

为了获得吸气式激光推进冲量耦合系数随聚焦方向的变化规律,针对抛物形喷管,采用光线追踪法求解辐射输运方程,通过与二维轴对称辐射流体动力学方程组联立,计算得到了3组单脉冲激光能量条件下不同聚焦方向对应的冲量耦合系数。计算结果表明:当聚焦方向在0°～135°范围内变化时,冲量耦合系数总体上呈下降趋势,而且激光能量较大时,这种趋势愈明显。

空气中激光烧蚀铝靶冲量耦合系数实验(Ⅱ)

为了研究大气条件下，正焦移距离对冲量耦合系数的影响，采用能量为15.7×（1±6%）J的激光脉冲聚焦于铝靶前端，通过改变激光焦点距离靶面的位置，获得了冲量耦合系数与正焦移距离的对应关系。结果表明脉冲激光在与大气环境中的铝靶相互作用时，靶面通过能量转移获得的冲量耦合系数与激光焦点距离靶面的位置呈非单调性变化。焦移距离在从0-20 mm之间变化时，获得的冲量耦合系数从4.48×10^-5 N·s/J连续下降到1.68×10^-5 N·s/J，随着焦移距离的进一步增大，冲量耦合系数在20-35 mm间呈缓慢上升趋势，在35 mm处升至2.21×10^-5 N·s/J后转而下降，在45 mm处降至1.91×10^-5 N·s/J。文中采用大气中激光支持爆轰波与固体靶面相互作用的二维模型对上述物理过程进行理论计算，获得了与实验结果较为一致的结论。

激光烧蚀过程中冲量耦合系数的研究

首先分析了激光烧蚀过程中,对冲量耦合系数大小有影响的因素,然后利用简化的物理模型,对激光聚焦后直接烧蚀固体靶的情况进行了理论分析,并应用数值计算重点讨论了激光能量在靶物质中的不同分布对冲量耦合系数的影响。结果说明:能量的分布不是影响冲量耦合系数的主要方面,而靶物质材料和靶结构对冲量耦合系数会有较大影响。

激光微烧蚀靶材的冲量耦合系数测量方法

冲量耦合系数是激光微推进的重要参数,反映激光能量转化为动量的能力。提出了扭摆干涉仪测微冲量的原理以及测量方法,解决了难于精确测量10^-7 - 10^-5N.s的微冲量的问题,以掺碳的聚氯乙烯为靶材,测得了它在激光微烧蚀下的最高冲量耦合系数将近70μN/W。为激光微推进冲量耦合系数的计算提供了工程测量和计算方法。

两种构形喷管的激光推进冲量耦合系数数值研究

提炼了由入射激光能量、能量沉积率、环境气体压强、喷管母线长度及其半顶角组合而成的圆锥形喷管无量纲因子,并将其推广到抛物形喷管的研究中。用辐射流体力学计算程序计算了4种半顶角下圆锥形和抛物形喷管的冲量耦合系数随无量纲因子的变化规律。计算结果表明:两种喷管的冲量耦合系数都存在极大值,极大值对应的无量纲因子约为0.4;无量纲因子相同时,半顶角越小,冲量耦合系数越大;同等条件下抛物形喷管的冲量耦合系数高于圆锥形喷管的冲量耦合系数。

氟化氢激光烧蚀铝靶冲量耦合系数实验

为了研究激光功率密度对氟化氢激光与铝靶相互作用过程中冲量耦合系数的影响,分别在大气和真空中,用聚焦后的激光烧蚀铝靶,通过改变聚焦到铝靶的光斑大小,得到冲量耦合系数和激光功率密度的关系,并将该实验结果与CO2激光和铝靶相互作用的实验结果进行比较。结果表明,氟化氢激光与铝靶相互作用得到的冲量耦合系数和激光功率密度的关系与CO2激光不同。大气和真空中,氟化氢激光与铝靶相互作用开始出现冲量传递的阈值分别约为8.03×106W/cm2和7.69×106W/cm2,并且这两种情况下,氟化氢激光器与铝靶相互作用得到的最大冲量耦合系数均高于CO2激光。

不同环境气压下激光靶冲量耦合系数的实验研究

针对激光对靶冲量传递问题,提出了悬摆法和光电测速法相结合的测量方法,进而在改变真空箱内的气压的条件下,就大气压强对激光推进耦合系数的影响进行了实验研究。采用单脉冲能量为210.24～218.7 mJ的Nd∶YAG激光器,对真空箱内的挂有铝靶的冲击摆进行激光冲量耦合系数的测定。实验发现随着真空箱内气压的上升,冲量耦合系数逐渐增大,在环境气压从1.013 25×105Pa到5.932 5×104Pa范围,Pirri理论与实验结果一致。

激光重复频率对吸气式多脉冲激光推进冲量耦合系数的影响

针对实验室已有的平顶抛物形喷管,数值模拟了单脉冲激光能量为500J时,不同激光重复频率下的激波流场演化过程,分析了喷管内激波流场对后续脉冲的影响,得到了冲量耦合系数随激光重复频率的变化规律。结果表明：激光重复频率在10～100Hz范围内,冲量耦合系数随频率的增加显著减小;在100～400Hz范围内,冲量耦合系数下降趋势变缓;随着脉冲数目的增多,喷管内气体密度降低,后续脉冲受到之前激波流场影响增大,推进性能降低。