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吸气式激光推进推力产生机理的数值模拟 被引量:25
1
作者 李倩 洪延姬 曹正 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期550-555,共6页
采用二阶精度的Roe格式,分别采用完全气体模型和高温平衡气体模型,对激光引致的激波在流场中的传播以及轴对称激光推力器的推力产生过程进行了数值模拟,揭示了大气吸气模式激光推进的推力产生机理。结果表明,采用高温平衡气体模型可以... 采用二阶精度的Roe格式,分别采用完全气体模型和高温平衡气体模型,对激光引致的激波在流场中的传播以及轴对称激光推力器的推力产生过程进行了数值模拟,揭示了大气吸气模式激光推进的推力产生机理。结果表明,采用高温平衡气体模型可以更精确地模拟等离子体流场的演化过程,计算所得的冲量耦合系数与已有实验结果吻合较好。 展开更多
关键词 爆炸力学 流场演化 数值模拟 激光推进 大气吸气模式
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单脉冲能量对光船推进性能的影响 被引量:11
2
作者 曹正 洪延姬 +2 位作者 李倩 王鹏 姚宏林 《热科学与技术》 CAS CSCD 2005年第2期183-188,共6页
根据实验装置的形状,建立了点聚焦光船喷管内部等离子体流场演化的物理和数学模型;通过数值计算,获得了内流场的压强分布、推力随时间的变化规律以及光船获得的总冲量和冲量耦合系数。计算结果表明:点火区域和总冲量随着激光脉冲能量的... 根据实验装置的形状,建立了点聚焦光船喷管内部等离子体流场演化的物理和数学模型;通过数值计算,获得了内流场的压强分布、推力随时间的变化规律以及光船获得的总冲量和冲量耦合系数。计算结果表明:点火区域和总冲量随着激光脉冲能量的增大而增大,而冲量耦合系数却有所减小。 展开更多
关键词 推进性能 光船 冲量耦合系数 激光脉冲能量 等离子体流场 计算结果 实验装置 数学模型 数值计算 压强分布 变化规律 内流场 增大 时间
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来流对吸气式激光推力器冲量耦合系数的影响 被引量:10
3
作者 李倩 文明 +1 位作者 曹正 崔村燕 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期485-488,共4页
针对大气吸气模式激光推进的原理,采用二阶精度的Roe格式,在气体模型为完全气体时,分别对无来流以及来流马赫数为2.5和5的条件下,环聚焦激光推力器内外流场的演化过程进行了数值模拟。结果表明,无来流、来流马赫数为2.5和5时的冲量耦合... 针对大气吸气模式激光推进的原理,采用二阶精度的Roe格式,在气体模型为完全气体时,分别对无来流以及来流马赫数为2.5和5的条件下,环聚焦激光推力器内外流场的演化过程进行了数值模拟。结果表明,无来流、来流马赫数为2.5和5时的冲量耦合系数分别为2.42×10-4N.s/J,1.00×10-4N.s/J和1.13×10-4N.s/J,无来流时激光推力器的冲量耦合系数高于同工况下有来流的情况,但来流马赫数为5时由于激波不会传播到推力器前体而产生负推力,因此冲量耦合系数较马赫数为2.5时高。研究结果可为激光推力器的构形设计以及实验模拟高空环境下推力器的飞行情况提供一定的理论指导。 展开更多
关键词 激光推进 耦合系数 数值仿真
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激光脉冲波形对推力器性能的影响 被引量:9
4
作者 文明 洪延姬 +1 位作者 王军 曹正 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第8期1038-1042,共5页
激光推力器性能优化是激光推力器研究的重要组成部分。受硬件条件的限制,激光推进领域激光脉冲时间波形对推力器性能影响的研究并未广泛展开。以两台CO2激光器的实际脉冲波形为基准,建立了两组激光能量输入模型,其波形时间分布相似,单... 激光推力器性能优化是激光推力器研究的重要组成部分。受硬件条件的限制,激光推进领域激光脉冲时间波形对推力器性能影响的研究并未广泛展开。以两台CO2激光器的实际脉冲波形为基准,建立了两组激光能量输入模型,其波形时间分布相似,单脉冲能量相同,但脉冲持续时间及峰值功率不同。数值计算比较了不同脉冲波形下抛物型激光推力器的性能,结果表明:峰值功率和脉冲持续时间是影响推力器性能的重要参数,高功率短持续时间的脉冲波形更有利于提高冲量耦合系数和推力;两种实际脉冲波形的冲量耦合系数数值计算结果分别为40.9×10-5N.s/J,30.0×10-5N.s/J,与文献报道实验测量结果基本吻合。为激光推进CO2激光器的脉冲波形设计提供支持及研究思路,具有一定参考价值。 展开更多
关键词 激光技术 脉冲波形 激光推力器 数值研究 冲量耦合系数 推力
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线性喷管构形对激光推力器冲量耦合系数的影响 被引量:7
5
作者 崔村燕 洪延姬 +2 位作者 何国强 李倩 曹正 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期193-196,共4页
喷管是激光推力器的重要组成部分。在设计喷管构形时,可以使其与聚光系统一体化设计,也可以把聚光系统和喷管分离设计。针对聚光系统与喷管分离设计的工作模式,建立了一种辅助聚焦系统的点火模型。通过改变喷管的构形,分析了圆锥形、圆... 喷管是激光推力器的重要组成部分。在设计喷管构形时,可以使其与聚光系统一体化设计,也可以把聚光系统和喷管分离设计。针对聚光系统与喷管分离设计的工作模式,建立了一种辅助聚焦系统的点火模型。通过改变喷管的构形,分析了圆锥形、圆台形喷管的冲量耦合系数与喷管顶部直径与出口直径之比以及喷管长度与出口直径之比之间的关系。通过对推力曲线的分析,阐述了喷管结构参数对其性能影响的原因。研究结果显示,圆台形喷管的推进性能优于圆锥形和圆筒形。 展开更多
关键词 喷管 激光推力器 点火模型 冲量耦合系数 设计参数
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支持航天器全时监控的中继卫星全景波束技术 被引量:9
6
作者 曹正 孙宝升 +1 位作者 姚艳军 贺超 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期1434-1439,共6页
针对中低轨航天器监控全时全域覆盖的特点,提出一种采用中继卫星多址返向全景波束联合相扫前向波束支持航天器在轨全时监控的模式。对该模式涉及的全景波束技术进行了仿真分析比较。结果表明,选用数字波束形成技术和1.5 dB交叠的波束构... 针对中低轨航天器监控全时全域覆盖的特点,提出一种采用中继卫星多址返向全景波束联合相扫前向波束支持航天器在轨全时监控的模式。对该模式涉及的全景波束技术进行了仿真分析比较。结果表明,选用数字波束形成技术和1.5 dB交叠的波束构型形成全景波束,设计新的短报文和连续业务数据传输协议,分别用于航天器自身健康信息汇报和常规管控,链路预算余量高于3 dB,单颗中继卫星可服务不少于1000个短报文用户。为下一步全景波束演示验证试验和工程应用提供了参考依据。 展开更多
关键词 中继卫星 S频段多址 航天器 全时监控 全景波束
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基于中继卫星多址支持的卫星在轨健康管理模式 被引量:9
7
作者 孙宝升 曹正 丁华 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1203-1206,共4页
智能化卫星在健康管理方面提出了随遇接入中继卫星系统为其提供测控的要求,基于中继卫星S频段多址SMA全景波束支持,本文提出了一种中低轨卫星在轨健康管理的新概念和模式.新模式系统由中继卫星、用户终端和地面系统构成,分析给出了卫星... 智能化卫星在健康管理方面提出了随遇接入中继卫星系统为其提供测控的要求,基于中继卫星S频段多址SMA全景波束支持,本文提出了一种中低轨卫星在轨健康管理的新概念和模式.新模式系统由中继卫星、用户终端和地面系统构成,分析给出了卫星在轨全时监视及随遇接入、卫星快速抢救、问题排查归零的健康管理工作流程,实现该模式运行的关键技术主要包括用户星在轨健康管理技术、基于中继卫星S频段多址的全景波束技术和空间网络接入技术。为后续中继卫星系统测控发展应用提供了一种新思路. 展开更多
关键词 中继卫星 S频段多址 卫星健康管理 随遇接入
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粗糙度与激光强度分布对光船聚焦性能的影响 被引量:5
8
作者 李倩 洪延姬 +1 位作者 曹正 李俊美 《装备指挥技术学院学报》 2004年第4期94-97,共4页
激光束聚焦性能研究是激光推进技术研究中的一个重要内容。根据实验装置的形状和激光强度分布,建立了计算模型,编写了计算程序。用该程序可通过计算空间某点的激光能流密度和某个区域的能流密度分布来确定点火线的形状和点火区域的大... 激光束聚焦性能研究是激光推进技术研究中的一个重要内容。根据实验装置的形状和激光强度分布,建立了计算模型,编写了计算程序。用该程序可通过计算空间某点的激光能流密度和某个区域的能流密度分布来确定点火线的形状和点火区域的大小;研究喷管内壁的表面粗糙度和入射激光束的强度分布对聚焦性能的影响。为进一步研究激光支持等离子体流场特性和脉冲激光推进性能等提供重要的理论依据。 展开更多
关键词 光船 聚焦性能 激光推进技术 喷管 推进性能 点火 形状 激光强度 激光束聚焦 脉冲激光
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激光等离子体点源减阻技术中入射能量对气动阻力的影响 被引量:7
9
作者 李倩 金星 +1 位作者 曹正 黄辉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期377-380,共4页
数值模拟了来流马赫数为5时的圆球绕流冷流场,以及来流与头部驻点附近注入激光能量而产生的等离子体相互耦合形成的流场的演化过程。计算结果表明:施加局部能量点源能够改变原有的弓形激波结构,使其变为斜激波,从而减小气动阻力;气动阻... 数值模拟了来流马赫数为5时的圆球绕流冷流场,以及来流与头部驻点附近注入激光能量而产生的等离子体相互耦合形成的流场的演化过程。计算结果表明:施加局部能量点源能够改变原有的弓形激波结构,使其变为斜激波,从而减小气动阻力;气动阻力随入射激光能量的增大而逐渐减小,当入射激光能量为1.1 J时,气动阻力减小的百分比高达40%。 展开更多
关键词 激光等离子体 减阻技术 气动阻力 弓形激波 斜激波
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吸气式激光推力器速度与高度耦合特性的数值研究 被引量:5
10
作者 曹正 洪延姬 +1 位作者 文明 李倩 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期489-494,共6页
使用基于有限体积法和分区结构化网格划分的高分辨率数值方法,计算得到了两种吸气模式激光推力器模型在加速度为10m/s^2的发射过程中,其冲量耦合系数随海拔高度的变化规律。不考虑来流速度和空气补充时,高度特性计算结果与实验吻合... 使用基于有限体积法和分区结构化网格划分的高分辨率数值方法,计算得到了两种吸气模式激光推力器模型在加速度为10m/s^2的发射过程中,其冲量耦合系数随海拔高度的变化规律。不考虑来流速度和空气补充时,高度特性计算结果与实验吻合得很好。结果表明:推力器与空气具有相对速度时,冲量耦合系数整体明显减小,导致激光推进单级入轨发射由吸气模式向火箭模式的切换点由目前预测的20~30km明显下移至10~20km;经过进气道增压处理后,冲量耦合系数大幅度提高,为了增大吸气模式的工作高度范围,进气道设计是必不可少的关键技术之一。 展开更多
关键词 激光推进 耦合系数 特性 数值仿真
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来流情况下入口状态对吸气式激光推力器冲量耦合系数的影响 被引量:5
11
作者 曹正 洪延姬 +1 位作者 文明 李倩 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期21-29,共9页
激光推力器在高空环境下飞行不可避免地会受到来流的影响,而其入口状态直接影响激光聚焦点火之前的定常流场状态,从而影响推力器的推进性能。在来流马赫数为5的条件下,对某种吸气式推力器模型的入口在打开、关闭以及半开3种状态下的内... 激光推力器在高空环境下飞行不可避免地会受到来流的影响,而其入口状态直接影响激光聚焦点火之前的定常流场状态,从而影响推力器的推进性能。在来流马赫数为5的条件下,对某种吸气式推力器模型的入口在打开、关闭以及半开3种状态下的内外流场演化过程进行了数值模拟。结果表明:入口打开时,轴向阻力低于同工况下入口关闭和半开的情况;入口关闭时,聚焦区的激波传播速度明显增加,正推力峰值明显增大,抵消了入口关闭带来的额外负推力;入口半开时,正推力较入口关闭没有得到有效提高,轴向阻力较入口打开却大幅增加,导致其冲量耦合系数最低,推进性能最差。通过计算和分析预测,入口构形的改进设计可大幅度提高来流情况下推力器的推进性能,对入口构形优化还需进行大量工作。 展开更多
关键词 激光推进 吸气模式 冲量耦合系数 入口状态 数值模拟
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载人航天天基测控通信探析 被引量:1
12
作者 曹正 张国亭 +2 位作者 刘保国 刘贤锋 冯志远 《遥测遥控》 2023年第5期1-7,共7页
梳理了国内外空间站天基测控通信应用的概况,针对近地载人航天对测控通信系统的高要求,分析提出中继卫星系统的发展建议,以及导航卫星和低轨卫星星座系统的特点优势。调整中继卫星轨位、增加中继激光链路、采用全景波束全时监控模式,以... 梳理了国内外空间站天基测控通信应用的概况,针对近地载人航天对测控通信系统的高要求,分析提出中继卫星系统的发展建议,以及导航卫星和低轨卫星星座系统的特点优势。调整中继卫星轨位、增加中继激光链路、采用全景波束全时监控模式,以及导航卫星和低轨卫星星座作为必要补充等途径,可为载人航天测控通信提供更好的灵活性、可用性和效费比。为载人航天天基测控通信发展提供了参考依据。 展开更多
关键词 载人航天 天基测控 中继卫星 导航卫星 低轨卫星星座
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吸气式激光推力器概念设计 被引量:3
13
作者 洪延姬 文明 曹正 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期745-750,共6页
以发射10kg级微小卫星为航天任务背景,基于地面推力1000N的设计指标,分析了吸气式激光推进的主要性能参数,依据所建立的激光推进能量相似律理论和数值计算研究结果,对激光参数、聚焦系统和喷管子系统进行设计,完成了封闭的吸气式激光推... 以发射10kg级微小卫星为航天任务背景,基于地面推力1000N的设计指标,分析了吸气式激光推进的主要性能参数,依据所建立的激光推进能量相似律理论和数值计算研究结果,对激光参数、聚焦系统和喷管子系统进行设计,完成了封闭的吸气式激光推力器概念设计循环。所提出的二次反射聚焦系统与抛物形喷管组合的吸气式激光推力器概念模型经数值计算程序验证,可以获得地面500N/MW的冲量耦合系数。所提出的设计理论和方法对激光推力器概念设计有一定的参考价值,是研制激光推力器模型的重要基础。 展开更多
关键词 激光推进 吸气式+ 激光推力器+ 概念设计+ 设计循环+
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地影期GSO卫星一次电源供电分析 被引量:4
14
作者 曹正 丁华 《飞行器测控学报》 CSCD 2013年第1期27-31,共5页
严密监视卫星能源系统在地影期的工作状态对卫星安全至关重要。为了评估国内某GSO(地球同步轨道)卫星能源分系统在地影期的工作状态,根据电压、电流变化分析,给出了一次电源在进出地影阶段的工作过程,计算得到了蓄电池组电容量、充放电... 严密监视卫星能源系统在地影期的工作状态对卫星安全至关重要。为了评估国内某GSO(地球同步轨道)卫星能源分系统在地影期的工作状态,根据电压、电流变化分析,给出了一次电源在进出地影阶段的工作过程,计算得到了蓄电池组电容量、充放电比和放电深度在地影期的变化曲线。结果表明:充电容量、放电容量和放电深度在地影期随日期推移先增大再减小,在秋分/春分时达到最大值;充放电比在地影期间则几乎保持稳定。本文工作及结论可为后续地影期能源监视提供参考依据。 展开更多
关键词 航天测控 地影期 一次电源 蓄电池组 供电规律
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吸气式激光推进中激光能量沉积过程的数值模拟 被引量:2
15
作者 李倩 洪延姬 +1 位作者 曹正 黄辉 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期1781-1785,共5页
结合辐射输运方程,在流体力学方程组的能量方程中加入包括空气吸收的激光能量以及高温气体向周围辐射损失的能量源项,转化为辐射流体力学方程组,建立了用于模拟吸气式激光推进中能量沉积过程的物理力学模型和计算方法。该辐射流体力学... 结合辐射输运方程,在流体力学方程组的能量方程中加入包括空气吸收的激光能量以及高温气体向周围辐射损失的能量源项,转化为辐射流体力学方程组,建立了用于模拟吸气式激光推进中能量沉积过程的物理力学模型和计算方法。该辐射流体力学计算程序可以很好地模拟激光能量沉积过程中空气对激光能量的吸收、等离子体对激光的屏蔽作用以及激光维持的爆轰波的传播规律,计算得到激光能量的沉积效率约为57%,激光维持的爆轰波的传播速度与同等条件下的理论和实验结果吻合得较好。 展开更多
关键词 激光推进 吸气模式 能量沉积 辐射流体力学 能量源项 数值模拟
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抛物形喷管的激光推进能量相似律数值研究 被引量:2
16
作者 曹正 洪延姬 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期757-761,共5页
针对吸气式抛物形喷管,通过辐射输运方程和流体力学方程联立求解,计算激光能量沉积过程中的爆轰波流场,并采用高温平衡气体模型计算后续的激波流场,得到了不同构形的喷管在不同条件下的冲量和冲量耦合系数。提炼了耦合多种影响因素的无... 针对吸气式抛物形喷管,通过辐射输运方程和流体力学方程联立求解,计算激光能量沉积过程中的爆轰波流场,并采用高温平衡气体模型计算后续的激波流场,得到了不同构形的喷管在不同条件下的冲量和冲量耦合系数。提炼了耦合多种影响因素的无量纲因子,讨论了入射激光能量和喷管构形对推进性能参数的影响,建立了抛物形喷管激光推进的能量相似律。结果表明:当顶点到出口最外侧点连线和对称轴的夹角固定时,冲量和冲量耦合系数随无量纲因子先增大后减小,在0.37附近取得极大值;当无量纲因子固定时,冲量和冲量耦合系数均随夹角增大而减小,冲量随入射激光能量增加而增大,冲量耦合系数受能量的影响程度很小。 展开更多
关键词 激光推进 吸气式 抛物形喷管 相似律 冲量耦合系数
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激光推进辐射击穿温度特性的数值研究 被引量:1
17
作者 李倩 洪延姬 +1 位作者 曹正 黄辉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期762-765,768,共5页
在9种等离子体击穿温度下,数值模拟了二次反射式聚焦系统聚焦情况下激光推力器内流场的演化过程,得到了不同击穿温度对应的能量沉积率、推力峰值、冲量和冲量耦合系数,能量沉积率和推进性能参数在某个等离子体击穿温度值处发生突变。根... 在9种等离子体击穿温度下,数值模拟了二次反射式聚焦系统聚焦情况下激光推力器内流场的演化过程,得到了不同击穿温度对应的能量沉积率、推力峰值、冲量和冲量耦合系数,能量沉积率和推进性能参数在某个等离子体击穿温度值处发生突变。根据空气对激光的逆韧致吸收系数公式,计算了CO2激光辐照下不同等离子体击穿温度对应的空气辐射自由程,发现当等离子体击穿温度为14000K时,辐射自由程为1.4mm,与计算网格的典型尺寸相当,此时入射激光能量在一个网格内以一定效率被吸收,由此确定了基于逆韧致吸收的激光等离子体的击穿温度。 展开更多
关键词 激光推进 逆韧致吸收 激光等离子体 击穿温度 辐射自由程
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脉冲激光推进的能量相似律理论研究 被引量:2
18
作者 曹正 洪延姬 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期252-256,共5页
激光推进的能量相似律,指确定的激光能量有与之相对应的最佳喷管尺寸,使得冲量耦合系数最大且不变的规律。用大气高度参数、入射的激光能量、喷管几何参数构造了无量纲因子,建立了圆锥形喷管在单脉冲条件和一维球对称点聚焦情况下的能... 激光推进的能量相似律,指确定的激光能量有与之相对应的最佳喷管尺寸,使得冲量耦合系数最大且不变的规律。用大气高度参数、入射的激光能量、喷管几何参数构造了无量纲因子,建立了圆锥形喷管在单脉冲条件和一维球对称点聚焦情况下的能量相似律。结果表明:当锥角固定时,冲量和冲量耦合系数存在极大值,极大值对应的无量纲因子仅与气体比热比相关;当无量纲因子固定时,冲量随入射激光能量增加而单调增大,冲量耦合系数则与能量无关。本文的研究结论和规律性认识,对目前可实现和以后工程化放大的激光能量范围,均能给出可信可靠的喷管优化尺寸。 展开更多
关键词 激光推进 圆锥形喷管 相似律 冲量耦合系数
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两种约束构形对激光推力器推进性能的影响
19
作者 曹正 洪延姬 佘金虎 《装备指挥技术学院学报》 2005年第6期114-117,共4页
针对大气吸气模式环聚焦喷管无推力壁的激光推力器模型,首次提出对其内部等离子体流场进行约束,给出绕流约束和平行约束2种构形;使用高分辨率的差分方法,结合分区计算,在来流马赫数为5的条件下,分别模拟了基本构形和约束构形的定常流场... 针对大气吸气模式环聚焦喷管无推力壁的激光推力器模型,首次提出对其内部等离子体流场进行约束,给出绕流约束和平行约束2种构形;使用高分辨率的差分方法,结合分区计算,在来流马赫数为5的条件下,分别模拟了基本构形和约束构形的定常流场,以及激光诱导的高温等离子体流场的波系演化过程,计算和比较了推力和冲量耦合系数;基本构形流场的演化规律以及冲量耦合系数的计算结果与文献吻合得很好,结果表明:喷管无推力壁时,绕流约束和平行约束对于推进性能影响不很明显,需设计新的约束构形并验证. 展开更多
关键词 激光推进 环聚焦 约束流场 数值分析
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Effects of conical nozzle configuration on impulse coupling coefficient in repetitively-pulsed laser propulsion 被引量:3
20
作者 曹正 洪延姬 文明 《Optoelectronics Letters》 EI 2009年第3期190-193,共4页
A dimensionless factor was introduced to deduce the analytic expression of impulse coupling coefficient for conical nozzles in the case of spherical symmetry,and a high precision impact pendulum system was used to mea... A dimensionless factor was introduced to deduce the analytic expression of impulse coupling coefficient for conical nozzles in the case of spherical symmetry,and a high precision impact pendulum system was used to measure impulse coupling coefficients of 15 conical nozzles with different cone angles and lengths.The expression was corrected according to experimental values.The results indicate that:1) impulse coupling coefficient increases firstly and then decreases with augment of dimensionless length when cone angle is fixed;2) impulse coupling coefficient decreases monotonously with augment of cone angle when dimensionless length is fixed;3) it is of great importance for improving impulse coupling coefficient to increase the rate of laser energy deposition. 展开更多
关键词 冲量耦合系数 重复脉冲 锥形喷嘴 激光推进 配置 解析表达式 无量纲 能量沉积
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