[發(fā)明專利]吸氣式激光推力器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010278077.7
• 申請日: 2010-09-08
• 公開（公告）號: CN102400878A
• 公開（公告）日: 2012-04-04
• 發(fā)明（設計）人: 譚榮清;陳靜;鄭義軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: F03H1/00
• 分類號: F03H1/00;B64G1/40
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發(fā)明涉及激光應用技術領域，屬于激光推進技術領域，特別是一種可實現(xiàn)高沖量耦合系數(shù)的吸氣式激光推力器。

背景技術

1972年，美國學者Kantrowitz提出了利用地基或空基激光遠距離傳輸能量將小衛(wèi)星或飛行器送入近地軌道的設想，由此開創(chuàng)了航天推進的新領域——激光推進。激光推進是一種利用激光與工作物質相互作用產生推力的新概念技術，根據(jù)工作方式的不同，可以分為吸氣模式和火箭模式。其中吸氣模式是利用空氣作為工作物質，將激光脈沖聚焦后擊穿空氣，形成等離子體點火，高溫、高壓的等離子體團以爆轟波/爆燃波的形式迅速膨脹，并推動激光推力器前進。

激光推力器是激光推進系統(tǒng)中的重要組成部分，國內外的研究者致力于設計或改進推力器結構來達到最佳推進效果。衡量推進效果最為重要的指標就是沖量耦合系數(shù)，其物理意義為每單位脈沖能量所獲得的沖量，在數(shù)值上等于單位激光功率所獲得的推力，國際制單位為N·s/J或N/W。在實際應用中，為表述方便，一般采用N/MW作為計量單位。沖量耦合系數(shù)越大，表明推進器將激光能量轉化為推力器動能的能力越強，因此通過優(yōu)化推力器結構來提高沖量耦合系數(shù)成為吸氣式激光推進研究中的關鍵技術之一。

典型的激光推力器代表就是美國倫塞勒工學院的Myrabo等人提出的光船模型和德國航空航天局技術物理研究所的Bohn等人研究的鈴形激光推力器，雖然Myrabo提出的光船模型有性能穩(wěn)定、利于飛行等優(yōu)點，但是由于鈴形激光推力器的內表面是一個高反射率的拋物面，激光脈沖通過其聚焦于一點而不是一個環(huán)，所以得到的沖量耦合系數(shù)比光船模型要高約60％(參考文獻1：W.O.Schall，H.-A.Eckel，W.Mayerhofer，W.Riede，and?E.Zeyfang，“Comparative?lightcraft?impulse?measurements”，Proc.SPIE?4760，908(2002))。圖1所示即為鈴形激光推力器的示意圖，所示推力器同時具有聚光和噴管的作用(參考文獻2：W.L.Bohn，W.O.Schall.“Laserpropulsion?activities?in?Germany”，in?Beamed?Energy?Propulsion：FirstInternational?Symposium，A.V.Pakhomov，ed.(2003)，p.79)。當入射激光脈沖照射到推力器內表面，便聚焦到焦點區(qū)域，該區(qū)域的空氣擊穿后產生等離子體，等離子體團繼續(xù)吸收激光能量以爆轟波/爆燃波的形式迅速膨脹，在激光脈沖結束后爆轟波/爆燃波退化成沖擊波繼續(xù)傳播，直到與噴管壁面發(fā)生動量耦合產生脈沖推力。由于這種拋物面型自聚焦式激光推力器可以同時起到光學聚焦和氣動噴管的作用，結構簡單且能量轉化效率高，已經成為實驗研究中廣泛采用的激光推力器模型。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是公開一種吸氣式激光推力器，在同類型常規(guī)激光推力器的基礎上加裝一不同結構的加強噴管，可以有效并顯著地提高沖量耦合系數(shù)，是一種簡單、實用、可靠的高耦合系數(shù)激光推力器。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是：

一種吸氣式激光推力器，包括聚光罩，聚光罩內表面為拋物面、球面或橢球面，其內表面通過拋光或鍍膜技術，以達到高反射率；其還包括加強噴管；加強噴管為薄壁管狀結構，為圓柱形管或圓錐臺形管；加強噴管前入口與聚光罩出口相固接，加強噴管的入口直徑不小于聚光罩的出口直徑；加強噴管中心對稱軸與聚光罩對稱軸共軸；

該聚光罩為聚焦入射激光的光學部件，同時也為主噴管。

所述的吸氣式激光推力器，其所述加強噴管為圓錐臺形管時，其出口直徑大于入口直徑。

所述的吸氣式激光推力器，其所述聚光罩，采用鋁合金等輕質高反射率金屬材料制作；加強噴管，采用耐熱、不易變形的材料加工而成；加強噴管采用與聚光罩的材質相同，或不同材料制作。

所述的吸氣式激光推力器，其所述聚光罩和加強噴管為一體結構，或分別加工制作完成后，再將兩者固接成一體。

所述的吸氣式激光推力器，其所述加強噴管前入口與聚光罩出口相固接，為在加強噴管前入口與聚光罩出口的圓周緣上相對應處，各設有至少兩個耳柄，通過螺釘、膠粘或卡扣的多種方式中的一種或幾種，將相應的耳柄組合連接。

所述的吸氣式激光推力器，其所述耐熱、不易變形的材料，包括鋁、不銹鋼的金屬材料，或熱固塑料的非金屬材料。