红外与激光工程
2022, 51(6): 20210422
航天工程大学 宇航科学与技术系 激光推进及其应用国家重点实验室，北京 101416
为研究不同金属材料的激光烧蚀推进性能，对常见的七种金属材料：Al,Fe,Ni,Cu,Y,Ag,Au，使用波长1 064 nm，脉宽8 ns的Nd:YAG激光器在大气下进行烧蚀，测量了烧蚀质量、冲量、冲量耦合系数、比冲和能量转化效率等推进性能参数，获得了激光功率密度对推进性能的影响规律。实验结果表明：相同激光功率密度下，Fe的烧蚀质量最大，Y的烧蚀质量最小；Al,Au,Cu的冲量较大，Ag的冲量最小；Au的冲量耦合系数和比冲均值在七种金属材料中最大，分别在激光功率密度为
$1.72 \times {10^{10}}\;{\rm{W}}/{\rm{c}}{{\rm{m}}^2}$![]()
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和
${{2}}{{.98}} \times {10^{10}}\;{\rm{W}}/{\rm{c}}{{\rm{m}}^2}$![]()
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时达到40.7 μN/W和500 s的最大值，平均能量转化效率可达6%。
红外与激光工程
2021, 50(S2): 20210277
航天工程大学 激光推进及其应用国家重点实验室，北京 101416
为研究纳秒激光烧蚀金属工质的推进性能，在约40 Pa的背景压力下，采用波长为532 nm和1 064 nm，脉宽为8 ns和15 ns的Nd: YAG激光器对金属Al、Fe、Ni、Y进行烧蚀实验，研究了不同激光参数下金属的烧蚀量、比冲、冲量耦合系数和激光能量利用率。研究结果表明，金属的烧蚀量受激光吸收率和金属熔沸点的制约，Fe的烧蚀量最大，Y的烧蚀量最小；高功率密度下(＞2.71×1010 W/cm2)， Y的烧蚀比冲和激光能量效率最大，而Fe的烧蚀比冲和激光能量效率最小。基于基态原子激发形成等离子体的机制和等离子体对入射激光的屏蔽效应分析了不同金属烧蚀特性变化的原因。研究结果对金属工质靶的选取有一定的参考意义。
纳秒激光 金属工质 烧蚀量 比冲 nanosecond laser metals working medium mass loss specific impulse 红外与激光工程
2020, 49(S2): 20200086
1 装备学院激光推进及其应用国家重点实验室 北京 101416
2 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所高超声速冲压发动机技术重点实验室, 四川 绵阳 621000
分别以碳掺杂的乙醇、甘油、单推-3和聚叠氮缩水甘油醚（GAP）为典型的液态工质，在不同能量激光注入的情况下，研究了烧蚀产物及其诱发的工质溅射，获得了推力变化规律。结果表明，溅射初期的高速喷射过程是推力形成的主要阶段。随后的溅射过程使质量流量增大，但对冲量耦合的贡献较小，进而使得整体推进性能下降。
激光技术 激光微推进 溅射 冲量耦合 比冲
装备学院激光推进及其应用国家重点实验室，北京 101416
激光微推进技术是利用激光与物质相互作用产生的力学效应实现推进的一种新的激光动力的电推进技术。液态工质是激光微推进工质选择的最新热点，其与激光相互作用所形成的冲量耦合特性决定了液态工质激光微推进性能的好坏。利用激光干涉差动测量微小冲量的扭摆装置，以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、单组元凝胶推进剂(单推-3)和甘油为工质，测量注入不同激光能量条件下，所形成的冲量和冲量耦合系数大小，进而针对冲量耦合性能较好的GAP工质，测量了比冲和烧蚀效率。结果表明：液态GAP冲量耦合特性较好，冲量耦合系数一般在500 μN/W以上，最高可达1 493.0 μN/W，但是，比冲和烧蚀效率较低，比冲最高仅为140 s，烧蚀效率为37.6%。
激光微推进 比冲 冲量耦合系数 烧蚀效率 laser micro propulsion specific impulse impulse coupling coefficient ablation efficiency
1 装备指挥技术学院基础部， 北京 101416
2 装备指挥技术学院研究生院， 北京 101416
以微小卫星姿轨控为任务的激光微推力器是近些年激光推进技术应用研究的热点。在激光微推力发动机热力循环分析的基础上，研究影响激光微推进热力循环效率的因素，提出了通过改变激光功率密度和靶材掺杂特性来同时提高比冲和冲量耦合系数的方法，实验验证了激光功率密度和靶材掺杂对发动机性能影响的规律。结果表明，激光与靶材的特性共同决定了热力循环效率的高低，激光功率密度的提高能够增加产生激波波后的压力，一定程度上提高比冲，却会使冲量耦合系数下降；掺杂能够增强靶材对激光能量的吸收，使比冲和冲量耦合系数都提高，而两者都能够一定程度上提高激光微推力发动机的热力循环效率。
激光技术 激光推力器 热力循环效率 冲量耦合系数 比冲 中国激光
2012, 39(s1): s102015
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
在真空(10 Pa)和空气(105 Pa)环境下, 分别用短脉宽(10 ns)和长脉宽(140滋s)激光辐照固体火箭推进剂 HTPB/AP/Al样品, 利用电磁复摆测量了冲量值, 获取了对应激光入射能量和样品质量迁移量。结果表明：在长脉宽激光作用时, 比冲在真空中随功率密度提高而增长, 在空气中受激光烧蚀带走部分能量的影响偏低；用短脉宽激光作用时, 热化学反应作功贡献减少, 比冲在真空中受等离子体屏蔽影响较低, 空气中冲量耦合机制以 LSD波作功为主。
激光推进 推进剂点火 比冲 冲量耦合 laser propulsion propellant ignition specific impulse impulse coupling
1 装备指挥技术学院研究生院, 北京 101416
2 装备指挥技术学院基础部, 北京 101416
介绍了激光微推进技术的靶特性研究情况，探讨了激光微推进技术中的靶特性对力学性能的影响。从靶材结构和靶材掺杂两个方面的特性进行了研究。结果表明，在约束条件下，冲量耦合系数存在一个最优值，烧蚀靶厚度越小，最优冲量耦合系数越大，对应的激光注入能量越小，比冲也越高；掺杂能够增强靶材对激光能量的吸收，使得单位质量产生推力的效率提高，同时也会增强其他能量耗散机制，使得冲量耦合系数降低。
激光技术 激光微推进 靶特性 比冲 冲量耦合系数 光学学报
2011, 31(s1): s100521
1 北京大学 工学院， 湍流与复杂系统国家重点实验室， 北京 100871
2 装备指挥技术学院， 北京 101416
3 装备指挥技术学院， 北京 101416，
以抛物形和锥形喷管为研究对象，开展了雾化水滴的脉冲式TEA CO2激光推进性能的实验研究。冲量的大小由压电传感器测量得出的推力随时间的变化关系曲线得出。雾化水滴的能量转化效率达到了26.1%，比冲达到了102 s。对于较短的喷管而言，聚焦位置距离喷管顶部越近，推进性能参数越高。喷管构形对推进性能的影响比较明显，抛物形喷管的推进性能优于锥形喷管。
激光推进 雾化水滴 比冲 能量转化效率 laser propulsion atomized water droplets specific impulse internal efficiency
1 兰州理工大学 有色金属新材料国家重点实验室, 兰州 730050
2 西北工业大学 航天学院, 西安 710072
3 中国空间技术研究院 兰州分院, 兰州 730000
为有效提高空间太阳能聚光器的聚光效率, 提出了一种用于太阳能热推进器的具有伞状龙骨结构的可折叠展开式抛物面太阳能聚光器设计方案, 该方案可以克服充气展开式抛物面聚光器和刚性固定抛物面聚光器具有的技术难题。设计了一个聚光功率100 kW, 开口圆半径4.9 m的可折叠展开式伞状龙骨结构正焦抛物面聚光器, 利用Fluent软件, 对太阳能热推进器进行了模拟和性能预示, 以氢气为工质气体, 得到系统的推力和比冲可以分别到达10.23 N和701.4 s。结果表明:这种推进器具有比冲高、推力适中的特点, 可以用于微小卫星、纳卫星的轨道转换及姿态控制。
太阳能热推进 聚光器 伞状龙骨 比冲 推力 solar thermal propulsion concentrator umbrella-shaped keel specific impulse thrust 强激光与粒子束
2010, 22(10): 2295
