激光推進(jìn)測試儀器和“燒蝕模式”實驗研究.pdf

1、隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光推進(jìn)技術(shù)成為一門新興的研究領(lǐng)域，它是利用激光與工質(zhì)相互作用產(chǎn)生反作用力推動飛行器。為了研究激光推進(jìn)的物理原理、推進(jìn)效益和參數(shù)優(yōu)化，建立了相應(yīng)的測試手段，以得到激光推進(jìn)中的沖量、動量耦合系數(shù)、比沖、等離子體溫度和電子密度等參數(shù)和規(guī)律。 研制的多用途激光沖量擺儀用于在實驗室條件下研究激光發(fā)射小衛(wèi)星的大氣模式和火箭燒蝕模式機(jī)理研究。該裝置可測量的沖量范圍為1×10-4～3.8×10-3Ns。對沖量擺儀的標(biāo)定實驗

2、表明，實驗標(biāo)定值與計算值基本吻合。當(dāng)耦合沖量為3.8×10-3Ns時，相對誤差為4.8％。采用釹玻璃高功率脈沖激光器(λ=1.06μm，τ=20ns)作為能源，灰色PVC為靶材，在該裝置上進(jìn)行了燒蝕模式參數(shù)測定，得到的最大沖量耦合系數(shù)為7.73dyn/W，最大比沖208.6s，實驗結(jié)果與Phipps模型和Phipps的數(shù)據(jù)相吻合。 為了探討激光微推進(jìn)概念用于微納衛(wèi)星調(diào)姿的可行性，研制了一套激光微沖量扭擺儀。該儀器由光、機(jī)、電部分

3、組成。光路包括打靶光路、測量光路和觀察光路；機(jī)械部分包括旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、橫向移動機(jī)構(gòu)、垂直移動機(jī)構(gòu)、聚焦鏡移動機(jī)構(gòu)、校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)以及真空室；電路部分采用微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動以上五個機(jī)械機(jī)構(gòu)。對該儀器校準(zhǔn)實驗和激光燒蝕沖量測定實驗表明該儀器可以測得10-8Ns的微小沖量，其相對誤差為10.4％，可滿足對微小沖量測量的要求。 分別以金屬、非金屬和半導(dǎo)體材料為靶材，采用單脈沖能量66mJ，脈寬70ns，波長1.06μm的YAG調(diào)Q固體激光器進(jìn)行

4、了大氣環(huán)境下的燒蝕模式實驗，結(jié)果顯示大氣中靶材沖量耦合系數(shù)隨功率密度的變化先是上升，后下降趨勢，與真空中相似。在實驗的幾種靶材中PVC靶材的等離子體點燃閾值最低，沖量耦合系數(shù)最高。 為了研究等離子體狀態(tài)參數(shù)與力學(xué)效應(yīng)關(guān)系，建立了瞬態(tài)光譜探測系統(tǒng)，獲得了元素的輻射隨時間演化情況，對測量中影響光譜強(qiáng)度和重復(fù)精度的軟件、硬件等諸多因素進(jìn)行了較為全面的實驗研究。基于局部熱平衡體系(LTE)前提，采用多譜線強(qiáng)度比較法測量了45號鋼在不同功