掃一掃
關注中圖網
官方微博
本類五星書更多>
-
>
公路車寶典(ZINN的公路車維修與保養秘籍)
-
>
晶體管電路設計(下)
-
>
基于個性化設計策略的智能交通系統關鍵技術
-
>
花樣百出:貴州少數民族圖案填色
-
>
山東教育出版社有限公司技術轉移與技術創新歷史叢書中國高等技術教育的蘇化(1949—1961)以北京地區為中心
-
>
鐵路機車概要.交流傳動內燃.電力機車
-
>
利維坦的道德困境:早期現代政治哲學的問題與脈絡
激光熱推進理論與數值分析 版權信息
- ISBN：9787030728883
- 條形碼：9787030728883 ; 978-7-03-072888-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
激光熱推進理論與數值分析 內容簡介
本書探討利用激光能量產生推力的光熱力轉換原理，總結作者研究團隊在理論分析、數值模擬和實驗研究方面的方法與結果，給出了規律性的認識。 全書分為五部分：**部分主要介紹激光輻照推進劑的氣體流動及產生推進效應的模型（第1～3章），第二部分主要介紹呼吸式脈沖激光爆震推進（第4、5章）；第三部分主要介紹火箭式連續激光加熱穩態膨脹推力器推進（第6、7章）。第四部分主要介紹火箭式脈沖激光燒蝕推進（第8～11章）。第五部分（附錄）主要介紹激光推進衛星發射微小航天器進入低地球軌道的系統工作參數與飛行過程簡化分析。 本書可供航空宇航領域優選推進、航天器總體系統和任務設計等方向的研究生與工程設計人員參考，可作為激光熱推進理論深化、推力器性能優化、應用系統設計的高階基礎。從事噴氣發動機燃燒室的激光點火、含金屬顆粒的固體火箭推進劑燃燒模擬、太空碎片的激光清除等方向的研究人員也可從本書獲益。
激光熱推進理論與數值分析 目錄
目錄
**部分
第1章 概述 1
1.1 激光推進的發展背景 1
1.1.1 激光推進研究的早期歲月 1
1.1.2 第二波激光推進研究熱潮 2
1.2 典型激光熱推進模式簡介 5
1.2.1 脈沖激光輻照氣體爆震模式 6
1.2.2 連續激光輻照流體穩態膨脹模式 7
1.2.3 脈沖激光輻照固體燒蝕模式 7
1.3 激光熱推進的國內外研究狀況綜述 8
1.3.1 吸氣式脈沖激光輻照爆震推進研究 8
1.3.2 連續激光輻照流體穩態膨脹推進研究 11
1.3.3 脈沖激光輻照固體燒蝕推進研究 13
參考文獻 16
第2章 激光加熱氣體反應流動模型 22
2.1 模型類別與控制方程 22
2.1.1 流動的平衡與非平衡 22
2.1.2 流場控制方程組 23
2.2 能量源項模型 27
2.2.1 激光吸收 27
2.2.2 內能弛豫 29
2.2.3 化學反應 30
2.2.4 輻射效應 30
2.3 化學組元模型 33
2.3.1 有限速率化學反應模型 34
2.3.2 化學平衡模型 36
2.4 熱力學性質模型 37
2.4.1 多項式擬合模型 37
2.4.2 統計熱力學模型 38
參考文獻 40
第3章 激光輻照固體聚合物噴氣推進效應計算模型 42
3.1 固體聚合物燒蝕模型 42
3.1.1 燒蝕過程能量方程 42
3.1.2 熱解模型及產物性質的計算方法 43
3.1.3 燒蝕質量散失模型 48
3.2 燒蝕產物飛散過程模型 50
3.2.1 控制方程、狀態方程及定解條件 50
3.2.2 產物組分和源項模型 52
3.2.3 產物與激光相互作用模型 57
3.3 推進性能參數計算方法 61
3.4 數值仿真系統 61
3.4.1 總體架構 62
3.4.2 子模塊介紹 62
3.4.3 運行流程 68
3.4.4 算例驗證 69
參考文獻 73
第二部分
第4章 大氣中呼吸式脈沖激光爆震推進簡化解析分析 76
4.1 直圓管式脈沖激光爆震推力器的一維解析模型 76
4.1.1 各階段的初終時刻和壁面壓強 78
4.1.2 計算結果與討論 81
4.2 旋轉拋物形脈沖激光爆震推力器性能的簡化解析分析 90
4.2.1 簡化解析分析模型 90
4.2.2 計算結果與討論 93
參考文獻 96
第5章 脈沖激光加熱氣體爆震推進數值模擬與實驗驗證 97
5.1 數值計算方法 97
5.1.1 激光吸收計算的光線追跡法 97
5.1.2 流場控制方程組離散方法與定解條件 98
5.2 流場計算及推進性能分析 105
5.2.1 光強對吸收波特征及效率的影響 105
5.2.2 脈沖能量對流場結構及推進性能的影響 111
5.2.3 拋物型面對推力器性能的影響 114
5.3 單脈沖爆震推進實驗系統 116
5.3.1 脈沖沖量測量原理 116
5.3.2 實驗設備 119
5.4 推力器單脈沖沖量特性測量 120
5.5 近地表大氣中脈沖激光爆震推力器多脈沖豎直推進實驗 123
5.5.1 推力器上升動力學模型 124
5.5.2 實驗設計與系統構成 124
5.5.3 實驗結果與分析 126
參考文獻 128
第三部分
第6章 連續激光加熱穩態膨脹推力器流量分析與點火實驗 129
6.1 推力器穩定流量分析 129
6.1.1 分析模型 129
6.1.2 計算結果與討論 131
6.2 實驗系統 135
6.2.1 系統構成和測量原理 135
6.2.2 實驗裝置 137
6.2.3 光路對準 139
6.3 點火實驗結果與分析 140
參考文獻 142
第7章 連續激光加熱穩態膨脹推力器數值模擬 143
7.1 計算方法 143
7.2 驗證算例 144
7.3 計算結果與討論 146
7.3.1 入射激光功率的影響 146
7.3.2 激光波長的影響 147
7.3.3 推進劑和推力器尺寸的影響 148
參考文獻 150
第四部分
第8章 脈沖激光燒蝕固體聚合物推進性能理論分析 151
8.1 固體聚合物燒蝕質量解析計算模型 151
8.1.1 燒蝕過程分層響應模型 151
8.1.2 單層燒蝕判據 153
8.1.3 考慮熱傳導效應的燒蝕閾值修正 153
8.2 燒蝕產物能量轉換及特征速度計算模型 156
8.3 推進性能參數解析計算模型 156
8.4 推進性能影響因素分析 159
8.4.1 激光強度 160
8.4.2 激光脈寬 160
8.4.3 密度 161
8.4.4 吸收系數 161
8.4.5 熱導率 162
8.4.6 汽化熱 162
參考文獻 163
第9章 單脈沖激光輻照固體聚合物推進機理與性能數值分析 164
9.1 聚合物燒蝕的主要參數和特征 164
9.1.1 燒蝕閾值的確定 164
9.1.2 燒蝕機制的轉變及其判別條件 167
9.1.3 燒蝕溫度及燒蝕產物的組分分布 169
9.2 激光能量面密度對噴氣過程和推進性能的影響 170
9.2.1 對噴氣過程的影響 170
9.2.2 對推進性能的影響 176
9.3 激光能量時域分布對噴氣過程和推進性能的影響 177
9.3.1 對噴氣過程的影響 178
9.3.2 對燒蝕質量和能量沉積的影響 180
9.3.3 對推進性能的影響 181
9.4 推進機理分析 183
9.4.1 聚合物氣化主宰的推進機理 183
9.4.2 氣化與電離共同主宰的推進機理 184
9.5 推進性能與激光參數的關聯關系 185
參考文獻 188
第10章 雙脈沖激光輻照固體聚合物推進效應數值分析 189
10.1 計算方法 189
10.2 燒蝕和羽流場演化過程仿真與分析 189
10.2.1 激光透過率和燒蝕質量面密度發展過程與特征 189
10.2.2 羽流場演化過程與特征 191
10.3 推力變化過程與推進性能分析 196
10.4 推進性能與激光參數的關聯關系 197
10.4.1 正交實驗設計 197
10.4.2 結果分析 198
參考文獻 201
第11章 單脈沖激光輻照POM基復合推進劑性能分析 202
11.1 復合推進劑設計 202
11.2 激光輻照摻雜金屬顆粒POM的推進效應分析 203
11.2.1 物理模型與計算方法 203
11.2.2 數值仿真結果與分析 207
11.3 激光輻照金屬網覆蓋POM的推進效應分析 212
11.3.1 物理模型與計算方法 212
11.3.2 金屬網對燒蝕過程和羽流場演化的影響 216
11.3.3 激光能量面密度對羽流場發展的影響 217
11.3.4 金屬網對推力變化過程與推進性能的影響 221
11.3.5 脈沖激光輻照金屬網覆蓋POM的推進性能優化 222
參考文獻 225
第五部分
附錄 激光推進衛星發射彈道研究 226
附錄A 計算模型 226
A.1 飛行動力學方程 226
A.2 激光傳輸計算模型 227
A.3 發射方案 229
附錄B 計算結果與分析 231
B.1 模式切換高度的影響 232
B.2 發射點海拔的影響 234
B.3 激光器功率的影響 236
參考文獻 238
**部分
第1章 概述 1
1.1 激光推進的發展背景 1
1.1.1 激光推進研究的早期歲月 1
1.1.2 第二波激光推進研究熱潮 2
1.2 典型激光熱推進模式簡介 5
1.2.1 脈沖激光輻照氣體爆震模式 6
1.2.2 連續激光輻照流體穩態膨脹模式 7
1.2.3 脈沖激光輻照固體燒蝕模式 7
1.3 激光熱推進的國內外研究狀況綜述 8
1.3.1 吸氣式脈沖激光輻照爆震推進研究 8
1.3.2 連續激光輻照流體穩態膨脹推進研究 11
1.3.3 脈沖激光輻照固體燒蝕推進研究 13
參考文獻 16
第2章 激光加熱氣體反應流動模型 22
2.1 模型類別與控制方程 22
2.1.1 流動的平衡與非平衡 22
2.1.2 流場控制方程組 23
2.2 能量源項模型 27
2.2.1 激光吸收 27
2.2.2 內能弛豫 29
2.2.3 化學反應 30
2.2.4 輻射效應 30
2.3 化學組元模型 33
2.3.1 有限速率化學反應模型 34
2.3.2 化學平衡模型 36
2.4 熱力學性質模型 37
2.4.1 多項式擬合模型 37
2.4.2 統計熱力學模型 38
參考文獻 40
第3章 激光輻照固體聚合物噴氣推進效應計算模型 42
3.1 固體聚合物燒蝕模型 42
3.1.1 燒蝕過程能量方程 42
3.1.2 熱解模型及產物性質的計算方法 43
3.1.3 燒蝕質量散失模型 48
3.2 燒蝕產物飛散過程模型 50
3.2.1 控制方程、狀態方程及定解條件 50
3.2.2 產物組分和源項模型 52
3.2.3 產物與激光相互作用模型 57
3.3 推進性能參數計算方法 61
3.4 數值仿真系統 61
3.4.1 總體架構 62
3.4.2 子模塊介紹 62
3.4.3 運行流程 68
3.4.4 算例驗證 69
參考文獻 73
第二部分
第4章 大氣中呼吸式脈沖激光爆震推進簡化解析分析 76
4.1 直圓管式脈沖激光爆震推力器的一維解析模型 76
4.1.1 各階段的初終時刻和壁面壓強 78
4.1.2 計算結果與討論 81
4.2 旋轉拋物形脈沖激光爆震推力器性能的簡化解析分析 90
4.2.1 簡化解析分析模型 90
4.2.2 計算結果與討論 93
參考文獻 96
第5章 脈沖激光加熱氣體爆震推進數值模擬與實驗驗證 97
5.1 數值計算方法 97
5.1.1 激光吸收計算的光線追跡法 97
5.1.2 流場控制方程組離散方法與定解條件 98
5.2 流場計算及推進性能分析 105
5.2.1 光強對吸收波特征及效率的影響 105
5.2.2 脈沖能量對流場結構及推進性能的影響 111
5.2.3 拋物型面對推力器性能的影響 114
5.3 單脈沖爆震推進實驗系統 116
5.3.1 脈沖沖量測量原理 116
5.3.2 實驗設備 119
5.4 推力器單脈沖沖量特性測量 120
5.5 近地表大氣中脈沖激光爆震推力器多脈沖豎直推進實驗 123
5.5.1 推力器上升動力學模型 124
5.5.2 實驗設計與系統構成 124
5.5.3 實驗結果與分析 126
參考文獻 128
第三部分
第6章 連續激光加熱穩態膨脹推力器流量分析與點火實驗 129
6.1 推力器穩定流量分析 129
6.1.1 分析模型 129
6.1.2 計算結果與討論 131
6.2 實驗系統 135
6.2.1 系統構成和測量原理 135
6.2.2 實驗裝置 137
6.2.3 光路對準 139
6.3 點火實驗結果與分析 140
參考文獻 142
第7章 連續激光加熱穩態膨脹推力器數值模擬 143
7.1 計算方法 143
7.2 驗證算例 144
7.3 計算結果與討論 146
7.3.1 入射激光功率的影響 146
7.3.2 激光波長的影響 147
7.3.3 推進劑和推力器尺寸的影響 148
參考文獻 150
第四部分
第8章 脈沖激光燒蝕固體聚合物推進性能理論分析 151
8.1 固體聚合物燒蝕質量解析計算模型 151
8.1.1 燒蝕過程分層響應模型 151
8.1.2 單層燒蝕判據 153
8.1.3 考慮熱傳導效應的燒蝕閾值修正 153
8.2 燒蝕產物能量轉換及特征速度計算模型 156
8.3 推進性能參數解析計算模型 156
8.4 推進性能影響因素分析 159
8.4.1 激光強度 160
8.4.2 激光脈寬 160
8.4.3 密度 161
8.4.4 吸收系數 161
8.4.5 熱導率 162
8.4.6 汽化熱 162
參考文獻 163
第9章 單脈沖激光輻照固體聚合物推進機理與性能數值分析 164
9.1 聚合物燒蝕的主要參數和特征 164
9.1.1 燒蝕閾值的確定 164
9.1.2 燒蝕機制的轉變及其判別條件 167
9.1.3 燒蝕溫度及燒蝕產物的組分分布 169
9.2 激光能量面密度對噴氣過程和推進性能的影響 170
9.2.1 對噴氣過程的影響 170
9.2.2 對推進性能的影響 176
9.3 激光能量時域分布對噴氣過程和推進性能的影響 177
9.3.1 對噴氣過程的影響 178
9.3.2 對燒蝕質量和能量沉積的影響 180
9.3.3 對推進性能的影響 181
9.4 推進機理分析 183
9.4.1 聚合物氣化主宰的推進機理 183
9.4.2 氣化與電離共同主宰的推進機理 184
9.5 推進性能與激光參數的關聯關系 185
參考文獻 188
第10章 雙脈沖激光輻照固體聚合物推進效應數值分析 189
10.1 計算方法 189
10.2 燒蝕和羽流場演化過程仿真與分析 189
10.2.1 激光透過率和燒蝕質量面密度發展過程與特征 189
10.2.2 羽流場演化過程與特征 191
10.3 推力變化過程與推進性能分析 196
10.4 推進性能與激光參數的關聯關系 197
10.4.1 正交實驗設計 197
10.4.2 結果分析 198
參考文獻 201
第11章 單脈沖激光輻照POM基復合推進劑性能分析 202
11.1 復合推進劑設計 202
11.2 激光輻照摻雜金屬顆粒POM的推進效應分析 203
11.2.1 物理模型與計算方法 203
11.2.2 數值仿真結果與分析 207
11.3 激光輻照金屬網覆蓋POM的推進效應分析 212
11.3.1 物理模型與計算方法 212
11.3.2 金屬網對燒蝕過程和羽流場演化的影響 216
11.3.3 激光能量面密度對羽流場發展的影響 217
11.3.4 金屬網對推力變化過程與推進性能的影響 221
11.3.5 脈沖激光輻照金屬網覆蓋POM的推進性能優化 222
參考文獻 225
第五部分
附錄 激光推進衛星發射彈道研究 226
附錄A 計算模型 226
A.1 飛行動力學方程 226
A.2 激光傳輸計算模型 227
A.3 發射方案 229
附錄B 計算結果與分析 231
B.1 模式切換高度的影響 232
B.2 發射點海拔的影響 234
B.3 激光器功率的影響 236
參考文獻 238
展開全部
激光熱推進理論與數值分析 節選
**部分 第1章 概述 1.1 激光推進的發展背景 高功率激光及其空間傳輸技術出現后，激光輻照熱噴氣效應被引入宇航領域。據學術界溯源[1]，激光推進火箭的概念首先由美國的 Kantrowitz在1971～1972年提出：高能激光輻照化學惰性的推進劑引發噴氣，產生比傳統化學火箭推進更高的比沖。例如，采用純 H2等小分子量物質作推進劑，加熱到化學火箭發動機的燃燒溫度就可獲得1000s左右的比沖。這種具備高比沖和潛在的結構簡單性特征的新火箭概念，在阿波羅計劃取得巨大成就所引發的美國人對航天探索的熱情與自信大潮中沖上了浪尖。Kantrowitz創立了 AVCO Everett Research Laboratory(AERL)，其后由 AVCO的科學家創建了 Physical Science Inc.(PSI)，在20世紀七八十年代持續掀起兩次研究熱潮[1-4]。 自1997年11月起，美國倫斯勒理工學院( Rensselaer Polytechnic Institute)的 Myrabo組織了一系列乘光飛行器技術驗證機(lightcraft technology demonstrator，LTD)演示實驗[3]。其使用美國白沙導彈靶場的電子束激勵脈沖 CO2激光器，平均出光功率為10kW，脈寬為18～30μs，單脈沖能量*大為450J左右，重復頻率為25Hz。1998年，采用純大氣呼吸模式的 LTD飛行高度達到30.2m。后為降低飛行器壁的溫度和增大推力，在推力室內表面環狀焦點位置粘貼了聚甲醛(一種高分子聚合物，常溫下為固體)。2000年10月，直徑12.2cm、質量約50.6g的固體燒蝕火箭(solid ablative rockets，SAR)自由上升至71.1m高度，飛行時間為12.7s。盡管上述事件實際是20世紀80年代美國戰略防御倡議辦公室( strategic defense initiative office，SDIO)激光推進項目的小尾音，卻引發了世界范圍的激光推進研究第三次熱潮[5，6]。 為使讀者理解本書對側重點的選擇，有必要再介紹20世紀七八十年代美國的研究狀況。 1.1.1 激光推進研究的早期歲月 對這部分歷史的綜述來自文獻[1]和文獻[4]，代表性研究見文獻[7]～文獻[12]。 20世紀70年代探索了許多激光推力器的概念和激光發射方法，主要研究用于演示驗證概念可行性的推力器設計和構型。設計的主要差別是由激光器的具體規格、推進劑中吸收激光能量的位置不同造成的。主宰性能和設計要求的有三個特征：一是會聚激光能量的光學；二是穩定的激光能量吸收區的位置；三是推進劑供給流率。由于無法預見未來大功率激光器的工作體制，對脈沖和連續激光推進都開展了研究。而限于當時的條件，主要采用波長為10.6μm的 CO2激光器開展實驗研究。 1972年，AERL的 Pirri等[7]進一步細化了 Kantrowitz關于激光推進的想法，提出三個重要技術問題：**，激光輻射能轉化為推進功的過程(吸收、加熱、膨脹)效率；第二，脈沖能量、脈寬、波長、外界大氣壓強、推進劑的組合，以使效率*大化；第三，激光推進火箭的結構優化。同時，給出若干建議：其一，激光輻照強度應產生強吸收等離子體，采用噴管增大耦合系數；其二，在大氣層內飛行段可采用激光供能的沖壓發動機模式；其三，在大氣層內推進，脈沖激光有利于提高效率。 1977年，AERL的 Chapman等[8]研究從地面將1t重的航天器送入地球同步轉移軌道的激光火箭發射系統與技術問題。主要方案是采用總功率為 GW級的集束式脈沖激光器、激光驅動爆轟波的脈沖噴氣發動機，對光束定向系統技術給出描述，優化上升軌跡與比沖。指出500～1000s比沖對于發射航天器入軌有利。 1977年，PSI的 Simons和 Pirri[9]研究脈沖激光束在鋁質旋轉拋物面形噴管中聚焦的構型。當時研究者認為，對于連續波激光，在噴管中聚焦的構型*簡單，但是可能面臨吸收區不穩定問題。噴管聚焦的重復脈沖( repetitive pulse，RP)激光推力器可以調節激光脈沖頻率與吸收振蕩同步，從而優化性能。使用脈沖 CO2激光進行的單脈沖和重復多脈沖激光推力器實驗的推力器長度約為8in(1in=2.54cm)。起初使用錐形噴管，以消除光學聚焦的影響，專注理解推力器性能；后來改用拋物面形噴管，用空氣作為推進劑，多脈沖能量轉換效率接近50%。 美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)主要關注采用外部光學鏡聚焦的火箭推力室構型。用脈寬為100μs的 CO2激光脈沖模擬連續波激光輻照固體推進劑棒，發現效率很低：固體氣化物對激光的吸收非常之少，激光束基本上僅僅是將固體推進劑氣化而已。 NASA的研究人員相信，要獲得高比沖，只能用連續波激光對噴管喉部上游的氣體進行加熱。1976年～1978年，PSI的 Kemp等[10，11]發展的計算模型預示：將氫作為推進劑，等離子體區的溫度高達數萬開爾文，比沖超過2000s。1977年，AERL的 Legner等[12]研究了連續波激光推力器，采用超聲速氣動激光窗口密封加熱室中的高壓氣體，用添加1%Al2O3的水作為推進劑。 早期實驗和分析研究的技術問題歸結如下。 (1)理解通過外部能量吸收方式的推進原理。激光推進中出現新參數：沖量耦合系數，它與比沖的乘積正比于過程的綜合效率。 (2)光學與流體力學耦合在一起，對光學聚焦性能要求和流體膨脹性能要求的折中依賴于所使用的激光器類型。 (3)推進劑的選擇和它對激光輻照的吸收特性，在推力器性能中起著決定性作用，因為它直接影響加熱區的穩定性。吸收區的穩定性以及它對等離子體加熱區吸收系數變化的依賴性需要得到證實，以明確推進劑選擇的簡化是激光推進概念的一個主要特征。 到了20世紀70年代末期，美國軍方對大功率激光器的研究興趣下降， NASA忙于研制航天飛機，激光推進研究的熱情衰退。 1.1.2 第二波激光推進研究熱潮 對這部分歷史的綜述來自文獻[2]和文獻[4]。20世紀80年代中期，美國出現三個使激光推進研究復蘇的因素：**個是自由電子激光器(free electron laser，FEL)的發展；第二個是高能激光武器帶動的大氣傳輸校正、大型光束定向器和其他相關技術的發展；第三個是攔截彈道導彈的動能攔截器( kinetic kill vehicle，KKV)的發展和隱含的大量發射任務需求。 1986年，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室( Lawrence Livermore National Laboratory， LLNL)正發展感應直線加速自由電子激光器，目標功率為10～100MW。同時，一部分成員在探索激光推進，目標定為近期可實現的概念和小型的發射入軌運載器技術，軌道機動放在次要位置。1986年夏天，美國 SDIO與國防高級研究計劃局(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)策劃舉行了激光推進工作會議。會議研討的部分結論是：*有希望的激光推進模式是*先由 AERL的 Reilly提出的雙脈沖平面燒蝕推力器；*有希望的運載器構型是一個平面推力器占據錐形飛行器的整個底部。 雙脈沖平面燒蝕推力器具有勝過其他方案的三個優點：**，連續波激光推力器需要復雜的飛行器，難以將其推力放大到用于發射的水平(軌道機動推進則僅需要很小的推力)。在發射系統的尺度上，推力室激光窗的要求超出了已知技術。另外，連續波激光推力器與感應型線性加速自由電子激光不相容。第二，單脈沖燒蝕被預測認為在對航天發射有利的比沖范圍(600～800s)內效率低(盡管在比沖超過2000s以后可能效率高)；生成高效率的單脈沖等離子體需要比雙脈沖更高的光強，迫使運載器攜帶光束聚焦鏡。第三，除燒蝕推力器之外，更復雜的激光推進航天器(如阿波羅乘光飛行器)需要發展更大和更先進的基礎設施(如在軌道上布設多個 GW級功率激光器)。 固體推進劑平面型推力器有三個預期的關鍵優點：**，極端簡單；第二，加速度(推力)矢量與激光束矢量無關，推力方向可以與激光束方向成大角度；第三，地基控制，只要改變激光束的輪廓就可以操縱飛行器。第二點對于實際運載器特別重要，否則入軌將受到極大限制。這樣的激光推進發射系統幾乎就等于推進劑加上頂部的有效載荷。對這種簡單性的追求導致 Kantrowitz歸納出激光推進的4P原理：激光器應該只發射載荷( payload)、推進劑(propellant)、光子( photon)和間歇周期( period)。 LLNL被指定負責發展五年期的20～100kg載荷發射能力的激光推進火箭技術項目。初始的研究工作部署如下。 (1)有兩個雙脈沖推進理論研究組，分別在物理科學公司和海軍研究實驗室。 (2)有三個小規模的雙脈沖推進實驗研究組，使用能量為10～100J、為50～100ns的脈沖 CO2激光器，分別在物理科學公司、 AERL(由 Reilly領導)和光譜技術公司開展。 (3)在 LLNL開展吸氣式激光推進、彈道和系統建模工作(由 Kare領導)。 (4)倫斯勒理工學院的 Myrabo領導開展更近期的、縮比的多推進模式乘光飛行器研究。 (5)斯坦福大學開展爆轟波膨脹和推力產生的計算研究。 (6)Lehigh大學開展1.06μm波長的激光照射固體推進劑的研究，測量燒蝕和等離子體發生特性。 (7)華盛頓大學研究 CO2高能(500J)激光的單脈沖、雙脈沖燒蝕實驗。 到1987年工作會議召開時，主要研討話題是優化雙脈沖推進的多個特性：淺燒蝕深度、即時等離子體點火、良好的激光支持的爆轟波傳播以及低的凍結流動損失。在適合于運載器的脈沖寬度、光強范圍內，點火、傳播和化學復合問題非常關鍵，特別是稍微的點火延遲和表面屏蔽等離子體的生成會導致很大的“下滴”損失——被燒蝕的推進劑速度低，不產生顯著的推力。 為了增強點火，物理科學公司建議在推進劑中嵌入亞波長尺寸的鋁片， AERL的 Reilly建議在推進劑中嵌入半波長寬度的金屬絲來創造一種可調整的點火陣列型推進劑。 Delrin塑料(聚甲醛)被確認是一種很好的候選者，它在10.6μm波段具有很強的 C—O鍵吸收(后來測量表明吸收深度小于2.5μm)，并且只含輕元素。然而模擬研究表明，在推進劑中添加一種容易離子化的成分將改善激光支持的爆轟波特性。將鈉的代換物(CH3(CH2)2COONa)添加到 Delrin的嘗試沒有成功，但是物理科學公司將4%的這種鈉的代換物添加到與 Delrin相似的塑料——Celcon中獲得成功。也測試了其他不同波長尺寸形式的金屬添加劑，包括5μm直徑、2μm厚的鋁片，用銀包裹的微圓球(銀大約只占微圓球體積的1/1000)。實驗中使用銀包裹的微玻璃球，將其以接近20%的比例添加到 Celcon中，使單脈沖燒蝕質量減少到1/10。實驗表明上述方法能縮短 Celcon在大氣中的點火時間并降低表面屏蔽效應。另外，到項目結束時尚未實驗驗證其效果的添加劑包括：50%的鈉基丙烯酸甲酯，30%的甲基丙烯酸甲酯，15%的碳粉(為了光學吸收目的)和5%的鋁片。 此次會議另外兩個有趣的**為：**次清楚地觀察到使用雙脈沖增強比沖和效率(PSI數據)；**次公開現今大家熟悉的 Myrabo塞型尾部乘光飛行器構型。 會后兩個關鍵的優先實驗確定為：**，更大規模的實驗，用足夠長的脈沖，使脈沖持續到等離子體點火瞬變過程結束；使用足夠的能量，達到接近一維膨脹的條件。第二，重復脈沖實驗，達到穩態的推進劑表面條件，測量
書友推薦
- >
自卑與超越
- >
月亮與六便士
- >
伯納黛特,你要去哪(2021新版)
- >
二體千字文
- >
中國人在烏蘇里邊疆區:歷史與人類學概述
- >
山海經
- >
經典常談
- >
上帝之肋:男人的真實旅程
本類暢銷
