推力器热效应以及金属掺杂工质激光推进实验研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangg91
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激光推进中激光对推力器以及其他装置的热影响一直是不容忽视的一个重要因素,尤其是在大推进中,激光单脉冲能量都能达到数百焦耳,如此高的能量势必会影响激光推进的各种性能。本文从基础出发,研究了旋转抛物面型推力器在Nd:YAG激光器辐照下的各种温度随时间变化规律。另外,金属和高分子在激光推进中是两类不同吸收机制的靶材,本文实验研究了金属和高分子靶材掺合后的混合效果。并且对不同激光器辐照下的实验效果进行了对比和分析。 在推力器热效应实验研究中,利用自行设计的热电偶温度测量装置,实时测量了各种功率下的温度-时间曲线,并拟合出了抛物面罩表面的温度分布函数,解释了不同入射角的激光辐照对材料温升影响的原因,发现激光辐照点与其它各点温度上升明显不同。 在金属惨杂PVC的实验中,利用大功率脉冲TEA-CO<,2>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。实验发现:不同金属以及不同颗粒直径掺杂后的PVC靶材的冲量耦合系数C<,m>变化不大,但在不同功率密度处,比冲I<,sp>值均有显著提高,其中纳米Fe粉性能更为优异。在功率密度为5×100<6>W/cm<2>时,50%纳米Fe粉含量的靶材的比冲出现最大值。在大气环境下,对掺有20%纳米Zn粉的PVC靶材,其C<,m>值随激光功率密度的提高而先升后降,但是比冲并不优异于比其熔点更高的Fe粉和Ni粉掺杂。 为了研究激光器参数对上述靶材的影响,实验还利用TEA-CO<,2>和YAG两种激光对纯PVC靶材以及掺有不同元素和不同直径的金属颗粒PVC复合靶材的性能进行了测试和对比。发现各种靶材在两种激光照射下的性能相差各异。在YAG激光照射下,各种靶材测试的冲量耦合系数C<,m>均大于在TEA-CO<,2>激光照射下的测量值,而比冲则正好相反;使用TEA-CO<,2>激光器下的推进效率略高于YAG激光器。通过对烧蚀率的测试,确认了各种材料在不同激光下的烧蚀深度不同,而掺入金属后的靶材可以有效地减小烧蚀深度。
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