纳秒激光烧蚀液态工质冲量耦合特性研究

激光微推进技术是利用激光与物质相互作用产生的力学效应实现推进的一种新的激光动力的电推进技术。液态工质是激光微推进工质选择的最新热点,其与激光相互作用所形成的冲量耦合特性决定了液态工质激光微推进性能的好坏。利用激光干涉差动测量微小冲量的扭摆装置,以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、单组元凝胶推进剂(单推-3)和甘油为工质,测量注入不同激光能量条件下,所形成的冲量和冲量耦合系数大小,进而针对冲量耦合性能较好的GAP 工质,测量了比冲和烧蚀效率。结果表明:液态GAP 冲量耦合特性较好,冲量耦合系数一般在500 uN/W 以上,最高可达1 493.0 uN/W,但是,比冲和烧蚀效率较低,比冲最高仅为140 s,烧蚀效率为37.6%。     

光纤生物传感器系统中光纤连接器的性能分析与优化设计

在已构建的全光纤结构生物传感器的基础上,对系统中关键器件--光纤连接器中的信号收集效率和噪声进行了理论分析.针对荧光信号传输的特点,采用光纤端面光强均匀分布的模型,运用重叠面积积分的方法推导出计算信号耦合效率的公式,计算了各种连接器结构下的信号耦合率,以求达到最好的接收效果.并分析了主要噪声的影响,通过建立的模型,给出了抑制噪声的方法和结构参数.最后根据实验得到的结果,分析了现有系统的连接器,并提出了改进方法.     

半导体激光烧蚀柔性基底含能工质特性研究

为解决激光烧蚀推力器在微纳卫星推进中的应用问题,本文旨在研究半导体激光对柔性基底含能工质带的烧蚀特性。针对不同工质层厚度的工质带,通过调节优化半导体激光器电流和脉宽等参数开展了激光烧蚀实验,研究了柔性基底含能工质的单脉冲冲量、比冲、冲量耦合系数和烧蚀效率等烧蚀冲量耦合特性,分析了激光器参数和工质层厚度对烧蚀冲量耦合特性的影响,得到了实现更高比冲的烧蚀工作条件。实验结果表明,在相同的激光器电流条件下,冲量随激光器脉宽的增大而增大,比冲随脉宽的增大而减小。在相同的激光器工作条件下,随着工质层厚度增大,工质带烧蚀的比冲增大,340μm厚工质带获得最大比冲在350 s以上,冲量耦合系数达到220μN/W以上。     

星载微推进器推力测量中电容位移传感器极板不平行误差分析

为提高星载微推进器的推力测量精度,对电容位移传感器测量位移时的极板不平行误差进行了研究。在分析电容位移传感器工作原理的基础上,以典型扭摆测量系统为例,分析了极板不平行误差随着横梁扭转角变化的关系。根据位移测量臂长为0时极板不平行误差及宽度余弦误差大小与扭转角方向无关这一特性,确定了极板不平行误差的标定方法,设计了实验装置。对有效极板半径3.5 mm、量程1 mm的传感器以0.5°为调节步长进行了标定,得到极板不平行相对误差相对于理论值的偏差值为17.4%.根据标定结果得出结论：当稳态扭转角接近负向最大值时,引入的推力测量误差会快速增大到3.25%;当稳态扭转角接近正向最大值时,引入的推力测量误差逐渐增大到0.04%,对应的推力测量误差为0.1 μN量级;当推力测量误差小于微牛量级时,极板有效半径不能大于7 mm.     

激光烧蚀微推力器聚合物靶材的烧蚀特性

以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)作为烧蚀靶材,以纳米碳粉和红外染料作为掺杂剂,采用微尺度羽流观测系统对GAP靶材的喷射羽流图像进行了观测,分析了掺杂浓度、靶材厚度及激光烧蚀模式对GAP烧蚀特性和推进性能的影响。结果表明,在激光烧蚀过程中,未掺杂吸收剂的GAP靶材利用率非常低;掺杂纳米碳粉后,靶材的推进性能显著增强,但对靶材厚度的依赖性较强,厚度较薄的掺杂纳米碳粉的GAP适合作为透射式激光烧蚀微推力器的靶材;掺杂红外染料后,聚合物的气化程度显著提高,透射式下厚度对羽流喷射的影响较小。红外染料适合作为反射式激光烧蚀微推力器聚合物靶材的掺杂剂。     

一种基于悬臂梁结构的微冲量测量方法

为了对星载微推力器的单脉冲冲量进行非接触测量,提出了一种基于悬臂梁结构的测量方法。基于悬臂梁动力学模型,确定了测量系统传递函数,得到测量系统在结构上等效为无穷多个欠阻尼二阶子系统的并联。分析得到一阶子系统脉冲响应的最大位移与脉冲力冲量大小为线性关系,线性系数大小由一阶子系统的增益值、阻尼比及固有振动频率决定,在此基础上确定了冲量测量方法:对系统脉冲响应低通滤波得到一阶子系统脉冲响应后求取最大位移,结合标定得到线性系数即可求解冲量大小。线性系数的标定中,根据系统增益值与位移测量位置的刚度系数为倒数关系的特征,确定了一阶子系统增益值的标定方法,依据自由振动法确定了阻尼比及固有振动频率的标定方法。通过实验验证了测量方法的正确性,分析得到测量误差为7.287%。     

激光推进技术标准体系建设研究

本文总结了激光推进技术的主要特点和未来前景,梳理了当前技术领域中存在的问题,论述了建立激光推进技术标准体系的作用和意义。针对需求分析,初步构建了激光推进技术标准体系框架,对标准体系的主要内容进行了概括和分析,提出了建立我国激光推进技术标准体系的设想。     

激光与电磁组合推进中能量对推进性能的影响

为了研究激光能量和电能量对激光与电磁组合推进性能的影响,本文建立了激光与电磁组合推进实验系统。以聚四氟乙烯(PTFE)为工质分别研究了激光烧蚀推进、脉冲等离子体电推进以及激光与电磁组合推进系统的推进性能。在不同的激光能量和电能量下,对比冲量耦合系数、比冲、推进效率和等离子体飞行速度,研究激光与电磁组合推进模式下的最优激光能量和电能量。研究结果表明:随着激光能量的增加,激光与电磁组合推进的推进性能均先增大后减小,在最优激光烧蚀冲量耦合系数附近达到激光能量的最优值;电能增加能够提高激光与电磁组合推进的冲量、比冲和推进效率和等离子体飞行速度,对冲量耦合系数的影响不大。