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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