1 哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001
3 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司工程技术部,黑龙江 哈尔滨 150066
针对水下光纤激光推进中存在的冲量耦合系数小、效果发散的问题,提出了用于提升水下光纤激光推进性能的短微腔结构。文中利用Fluent对添加微腔后水下光纤激光推进的结果进行了数值模拟,分析了矩形微腔结构的直径和长度对推进的影响,并在矩形微腔基础上提出U形微腔、双管微腔及含有阻塞结构的微腔。通过仿真得到了不同微腔对推力和冲量耦合系数的增大效果,证明了添加微腔可使水下光纤激光推进的冲量耦合系数得到103数量级的增大,并通过对比得出4种微腔结构中,双管微腔的结构形态对激光推进的性能提升影响最大,提升效果最好。
激光光学 水下激光推进 微腔结构 性能优化 冲量耦合系数
1 哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001
3 航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司,黑龙江 哈尔滨 150066
水下激光等离子体爆轰波能够作用于微球表面产生推力进而推动微球运动。本课题组依据水下激光等离子体爆轰波的作用机理,提出了激光等离子体爆轰波定点清除血栓的方法。以血液为介质建立血管血栓模型,采用光纤激光器作为动力,进行激光等离子体爆轰波血栓推进的机理研究及数值模拟。结果显示:激光等离子体爆轰波对血栓表面有一定大小的强推力作用,能量为20 μJ的激光对直径为2 mm的下肢静脉血栓表面的峰值推力可以达到1.0 N,而且峰值推力的大小取决于激光能量以及血栓的尺寸和形状。水下光纤激光等离子体推进微球和团簇实验进一步证明了激光等离子体爆轰波定点清除血栓和打散团簇的可行性,为聚集型血栓团簇的定点清除提供了一种可行方法。
激光器 光纤 等离子体爆轰波 激光推进 血管血栓 定点清除
红外与激光工程
2022, 51(6): 20210422
强激光与粒子束
2022, 34(1): 011002
西安理工大学自动化与信息工程学院, 陕西 西安 710048
基于光学设计软件ZEMAX, 通过Monte Carlo光线追迹法, 对比研究了采用三种设计方式的二次反射聚焦系统在不同类型角度偏差下的聚焦性能参数的变化。结果表明:任何微小的角度偏差都会导致聚焦性能急剧下降和聚焦位置大幅偏离。聚焦系统存在角度偏差时, 不同设计方式的聚焦系统会形成不同形状的点火区域, 这将导致激光推力器产生完全不同的飞行的轨迹和姿态。
测量 激光推进 激光聚焦系统 二次反射 聚焦性能 激光与光电子学进展
2017, 54(9): 091204
1 西安卫星测控中心 喀什测控站, 新疆 喀什 844000
2 装备学院 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
反射式激光聚焦系统使激光推力器具备了推力矢量控制能力, 并且聚焦系统不存在球差, 具有广阔的应用前景。针对三种二次反射聚焦方式, 抛物面-双曲面、平面-抛物面、抛物面-平面, 在建立的聚焦系统坐标系下, 通过几何光学方法分析了两个反射面母线参数之间的数学关系, 以及聚焦特征参数与两个反射面母线参数的关系, 并建立了程序设计流程。针对特定的聚焦特征参数设计要求, 在光学软件ZEMAX中进行了反射面的建模和聚焦效果的验证, 为下一步开展聚焦性能的研究打下了基础。
激光推进 聚焦系统 二次反射 laser propulsion focusing system twice reflecting ZEMAX ZEMAX
1 西安卫星测控中心, 西安 710043
2 装备学院 激光推进及其应用国家重点实验室, 北京 101416
3 装备学院 训练部, 北京 101416
激光辐照液态工质,在激光能量密度较高时将出现特有的“飞溅”现象,该过程消耗了大量的工质。选取室温下甘油作为实验研究对象,针对烧蚀甘油发生飞溅过程中产生的力学效应,设计了流场显示和推力测量集成装置,使用YAG激光作为能量源,对甘油进行烧蚀。将得到的流场测量结果与推力曲线比对,找到发生飞溅对应的推力曲线部分,积分计算甘油发生飞溅对烧蚀总冲量贡献的比例。结果表明飞溅所消耗的大量甘油工质使用效率极低,未带来相应的冲量,是液态工质比冲过低的主要原因。因此,在以液体为工质的激光烧蚀推进技术中必须克服飞溅现象。最后给出一种通过碳掺杂来控制液体飞溅的方法,结果表明碳掺杂可以有效减少液体飞溅。
液体烧蚀 激光推进 液态工质 碳掺杂 liquid ablation laser propulsion liquid carbon-doped 强激光与粒子束
2014, 26(10): 101020
浙江大学热工与动力系统研究所, 浙江 杭州 310027
综述了近10 年来国内外液体靶材激光推进的主要研究成果。分析了液体靶材激光推进的一般机理,得出了溅射是液体靶材推进性能主要制约因素的结论。提出了改变靶材结构形态和增大靶材黏度从而改善推进性能的两种有效途径,依据不同途径依次评述了体状、膜状、滴状和高黏度液体靶材的性能特点,并总结出了己烷炮靶、雾化水滴和高黏度溶液这三种综合推进性能较好的液体靶材。最后指出了复合靶材将成为未来液体靶材激光推进的一个重要发展方向。
激光光学 激光推进 液体靶材 比冲 冲量耦合系数 激光与光电子学进展
2014, 51(5): 050002
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