【摘 要】
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激光电磁复合推进具有工质利用率高、能量转化效率高等优点,其潜在应用十分广泛。本文采用数值模拟与实验相结合的方法,对激光电磁复合推进的工质烧蚀特性进行了深入研究,全
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激光电磁复合推进具有工质利用率高、能量转化效率高等优点,其潜在应用十分广泛。本文采用数值模拟与实验相结合的方法,对激光电磁复合推进的工质烧蚀特性进行了深入研究,全文主要工作包括:依据最小热阻理论,研究了特氟龙与铝以不同组分构成的新型复合材料导热系数的计算方法,采用稳态实验测量法测出了不同复合材料工质的导热系数,通过理论值与实验值作对比最终确定了采用纯串联方法来估算复合材料的导热系数。基于傅立叶导热定律,建立了针对工质熔融前与熔融后的连续激光三维烧蚀模型。分析了激光功率、工质参数等不同因素对烧蚀工质温度场的影响,结果表明:激光聚焦区域温度分布规律与激光输出模型相吻合,也服从高斯分布规律,激光聚焦区域的温度梯度大于其他部分,热扩散的作用随着工质整体温度的升高而变快;激光输出功率相同时,导热系数越大的工质整体温度越低。采用热电偶和红外测热像仪两种测温仪器对连续激光烧蚀工质表面温度场进行了测量,当工质为纯特氟龙时,激光功率为10w不能使工质在大气环境中燃烧,而两种复合材料在激光功率分别为2w、1.5w时可与空气发生反应,有明显的燃烧现象,并测得其燃烧临界温度分别为812K和708K,两种复合材料工质的烧蚀特性表明,铝含量越多的工质化学活性越大,可通过改进复合材料工质的组分以控制工质烧蚀过程,提高推力器性能。
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