[發明專利]一種管內激光水下爆炸發射推進方法

在審

• 申請號: 201710593785.1
• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107221231A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 張健;趙宇;王偉;操小龍
• 申請（專利權）人: 北京機電工程研究所
• 主分類號: G09B23/00
• 分類號: G09B23/00
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心11011
• 代理人: 劉二格

技術領域

本發明屬于激光爆炸推進技術領域，涉及一種管內激光水下爆炸發射推進方法。

背景技術

激光水下爆炸推進是一項充滿挑戰的新概念推進技術，主要是利用激光維持的水下爆轟及產物氣泡的后續振蕩來實現航行體的水下運動。與傳統的化學燃料推進方法相比，激光水下爆炸推進安全性高、推力輸出易于控制、可以實現柔性和微型推進，展示著良好的發展前景。

與激光推進的其它分支相比，激光水下爆炸推進的研究工作還十分少見，且主要停留在演示性實驗階段，在開闊水域內激光推進主要依靠液體工質燒蝕帶來的瞬時沖擊加載推進效果，而后續產物氣泡脈動能量自由耗散不能對航行體產生持續有效推力。目前看來，激光水下爆炸推進雖然獲得了比空氣和真空介質中靶板激光燒蝕更高的沖量耦合系數，但仍然存在比沖小，能量利用率低的問題。因此，如何進一步提高激光水下爆炸推進方式的效率，通過改進優化發射裝置實現，激光水下爆炸推進作為一項新的推進技術，還存在一些相對空白的區域，比如在激光水下爆炸推進用于管內發射方向還沒有任何相關研究報道，有必要對其推進發射方法進行研究，提供更為可行的推進發射方法及應用方向。

發明內容

(一)發明目的

本發明的目的是：提供一種管內激光水下爆炸發射推進方法，利用激光水下爆炸能量及其產物氣泡在發射管內脈動持續推動能力。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種管內激光水下爆炸發射推進系統，其包括：激光器1，用于發射激光束；發射平臺，包括發射水箱4，發射水箱4內盛裝透明水介質，水介質內布置發射管6，發射管6內滑動布置航行體7；激光束穿過透明水介質輻照航行體7尾部，誘導航行體7尾部工質燒蝕，激光與燒蝕氣體相互作用，形成高溫高壓等離子體10，并快速向外膨脹，產生爆轟波推動航行體7運動，隨后爆轟產物形成的高壓氣泡在發射管約束作用下在水中膨脹收縮往復過程，對航行體7產生持續推力，從而推動航行體7發射出發射管6。

其中，所述激光器1前方布置平面鏡2，激光器1發射的水平高能脈沖激光束，經過平面鏡2反射后垂直照射發射水箱4。

其中，所述發射水箱4上設置光學窗口8，光學窗口8選用Φ25.4×4mm的BK7光學玻璃，用于通光。

其中，所述光學窗口8外部設置透鏡3，激光束經過透鏡3聚焦后照射至發射水箱4。

其中，所述發射水箱4由透明樹脂制成，其外部設置的數字攝像機5，用于對發射水箱4內的推進試驗過程進行射像拍照，數字攝像機5的采樣頻率為20000f/s—100000f/s。

其中，所述試驗平臺還包括：同步觸發儀，同步觸發儀連接激光器1和數字攝像機5，通過同步觸發儀實現對激光器1和數字攝像機5的同步觸發。

其中，還包括：高速示波器，連接激光器1，采集激光能量的時空分布及沖擊壓力特征參數，數字攝像機5和高速示波器所采集的信息用于發射推進試驗數據分析。

其中，所述激光器1選取調Q型Nd：YAG激光器，單束激光能量2.5J，激光功率密度時間分布為高斯分布，半峰寬約為10ns，激光波長1064nm，出口光斑直徑16mm。

其中，所述水介質采用去離子水。

本發明還提供一種管內激光水下爆炸發射推進方法，在進行推進方法試驗前對激光器輸出光斑、能量進行校準測量，獲得單脈沖激光輸出平均能量，并根據試驗狀態需求調節確定聚焦位置，激光器開啟的同時，通過同步觸發儀觸發數字攝像機，開啟數字攝像機對試驗中激光水下爆炸和航行體運動過程進行全程攝像；試驗中激光從激光器中發射輸出并通過平面鏡反射后，經透鏡聚焦后平行入射到發射水箱，并透過光學窗口進入發射管內，在航行體尾部聚焦燒蝕，產生高溫高壓等離子體并演化為爆轟波，推動航行體運動，隨后爆轟產物在管內反復脈動持續推動航行體運動出水；高速示波器連接激光器，采集激光能量的時空分布及沖擊壓力特征參數，數字攝像機和高速示波器所采集的信息在試驗后進行數據分析。

(三)有益效果