空氣呼吸模式激光推進(jìn)機(jī)理研究.pdf

1、激光推進(jìn)是利用高能激光與工質(zhì)相互作用產(chǎn)生的作用力推動飛行器前進(jìn)的新概念推進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)在微小衛(wèi)星近地軌道發(fā)射、在軌機(jī)動、輕型無人機(jī)等航空航天領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。根據(jù)有無消耗衛(wèi)星自身攜帶的推進(jìn)劑，激光推進(jìn)可分為空氣呼吸模式和燒蝕模式。本文對激光推進(jìn)進(jìn)行了初步的理論和實驗研究。 首先對激光推進(jìn)做了理論推導(dǎo)和計算，提出了采用兩種模式結(jié)合的方法來實現(xiàn)有限激光功率條件下微小衛(wèi)星的近地軌道發(fā)射。計算可得到如下發(fā)射方案：利用100kW激光器，

2、首先采用空氣呼吸模式下，將質(zhì)量為5kg飛行器在133.1s內(nèi)發(fā)射至39.7km的高空，在最高點處啟用燒蝕模式在200s內(nèi)把飛行器提升49.482km，從而實現(xiàn)了把飛行器從地面發(fā)射到近太空。 其次，利用實驗室自行研制的脈沖紫外預(yù)電離TEA CO2激光器進(jìn)行了空氣呼氣模式下的推進(jìn)實驗，對激光參數(shù)和光船的構(gòu)型對推進(jìn)效果的影響進(jìn)行了初步研究，得到了一些有價值的結(jié)果。 在金屬線導(dǎo)引拋物面光船垂直推進(jìn)實驗中，得到了390 N/MW的

3、沖量耦合系數(shù)，這一結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前世界上用電子束維持放電CO2激光器獲得的空氣呼吸模式?jīng)_量耦合系數(shù)。這是由于光船的構(gòu)型和作用的激光脈沖波形不同帶來的。 對激光與拋物面光船相互作用時產(chǎn)生的空氣擾動情況進(jìn)行了實驗研究。研究發(fā)現(xiàn)：拋物面光船的焦距會對光船外部空氣擾動造成影響。長焦距光船時的空氣擾動為雙沖擊波結(jié)構(gòu)，短焦距光船的空氣擾動則僅為單沖擊波結(jié)構(gòu)。此外還發(fā)現(xiàn)空氣擾動在激光脈沖結(jié)束很長時間后還存在。 使用單色儀觀察了等離子體