第1章 绪论 1
1.1 激光推进概述 1
1.1.1 激光推进的特点 1
1.1.2 激光推进的分类 2
1.1.3 激光推进的性能参数 2
1.1.4 应用前景 3
1.2 水工质激光推进研究现状 4
1.2.1 日本学者的研究结果与分析 5
1.2.2 美国学者的研究结果与分析 6
1.2.3 国内的研究工作 8
1.2.4 国内外研究结果小结 9
1.3 目前研究工作中存在的突出问题 9
1.4 提高水工质激光推进性能的建议 11
1.4.1 冰和水的推进性能对比 11
1.4.2 提高水工质激光推进性能的可能途径 13
1.4.3 激光辐照水滴产生推力过程的简单分析 13
1.5 本书的研究内容 15
第2章 水工质激光推进性能理论分析 18
2.1 引言 18
2.2 脉冲CO2激光与水滴相互作用过程中的实验现象 19
2.3 水滴的爆炸阈值和击穿阈值 19
2.3.1 爆炸阈值 19
2.3.2 击穿阈值 20
2.4 水工质激光推进机理定性分析 20
2.5 能量密度对推进性能的影响 22
2.5.1 理论模型 22
2.5.2 计算结果 24
2.5.3 最优辐照能量密度 27
2.5.4 与实验结果的比较 28
2.6 小结 29
第3章 实验研究方案设计 30
3.1 激光光源的选择 30
3.1.1 激光推进对激光光源的要求 30
3.1.2 典型高功率激光器对比分析 31
3.1.3 脉冲TEA CO2激光器 33
3.2 激光推力器实验模型设计加工 33
3.2.1 典型连续波和脉冲激光推力器结构 33
3.2.2 抛物形激光推力器实验模型 34
3.3 工质注入系统设计 37
3.3.1 引言 37
3.3.2 系统组成和工作原理 38
3.3.3 系统的硬件设计 39
3.3.4 流量特性 43
3.3.5 工质注入与激光脉冲输出同步问题 44
3.4 实验测试方案的确定 45
3.4.1 常用测试方法对比分析 45
3.4.2 压电传感器推力测试方案 46
3.5 小结 47
第4章 水滴雾化性能参数实验测试 48
4.1 设计参数 48
4.2 实验细节 48
4.3 实验结果与讨论 50
4.4 小结 61
第5章 水滴雾化特性对抛物形喷管推进性能的影响 62
5.1 实验装置 62
5.2 冲量耦合系数的实验结果与讨论 65
5.2.1 实验结果 65
5.2.2 实验结果分析 66
5.2.3 国内外研究结果对比分析 67
5.3 比冲和能量转化效率的研究结果 69
5.3.1 比冲的实验结果 69
5.3.2 能量转化效率的研究结果 70
5.4 与国外研究结果的对比分析 72
5.5 水滴的雾化特性分布函数 74
5.6 小结 74
第6章 锥形喷管的水工质激光推进性能实验研究 75
6.1 实验细节 75
6.1.1 实验装置 75
6.1.2 锥形喷管设计 76
6.2 实验结果及分析 79
6.2.1 冲量耦合系数和比冲的实验结果 79
6.2.2 实验结果误差分析 81
6.3 流场演化过程实验研究 83
6.3.1 实验装置 83
6.3.2 实验结果与讨论 85
6.3.3 推力产生过程分析 86
6.3.4 多脉冲推进的实验结果与分析 88
6.4 水工质激光推进性能的讨论 92
6.4.1 无量纲相似因子 92
6.4.2 雾化水滴的激光推进性能参数理论分析 94
6.5 小结 95
第7章 水工质激光推力器概念设计 96
7.1 设计方案 96
7.1.1 典型脉冲激光推力器推进性能对比分析 96
7.1.2 聚焦方式的选择 99
7.1.3 聚焦光学系统和喷管分离的设计方案 101
7.1.4 水工质激光推力器构形设计 101
7.2 聚焦光学系统热效应计算 103
7.2.1 二维轴对称热传导方程 103
7.2.2 计算结果 103
7.3 抛物形喷管开口尺寸对推进性能的影响 108
7.4 工质注入系统的改进 114
7.5 小结 115
第8章 总结 116
参考文献 118