吸气式激光推进飞行器性能分析.doc

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1、吸气式激光推进飞行器性能分析*李小康1，张育林2，程谋森1（1.国防科技大学航天与材料工程学院，长沙410073，2.东风航天中心，酒泉732750）摘要：本文针对吸气式脉冲激光爆轰推进飞行器中具有代表性的LTD构形，利用CJ爆轰理论和Sedov自相似律，建立了冲量表达式，并进一步得到了其冲量耦合系数和等效比冲。通过计算，获得了其随飞行高度、马赫数、入射激光强度和脉宽变化的性能曲线。结果对于相关构形飞行器的下一步工作，如激光选择、弹道设计有重要意义。关键词：吸气式激光推进冲量耦合系数等效比冲中图分类号：V

2、435文献标识码：A文章编号：1001PerformanceAnalysisforLightcraftwithAirbreathingModeLIXiaokang1，ZHANGYulin2，CHENGMousen1（1.InstituteofAerospaceandMaterialEngineering,NationalUniv.ofDefenseTechnology,Changsha410073,China，2.DongfengSpaceCenter,Jiuquan732750,China）Abstra

3、ct：AimingattheconfigurationofLightcraftTechnologydemonstrator(LTD),whichisrepresentativeinlaserpropulsionvehiclesemployedairbreathingpulseddetonationmode,thispaperhasfocusedontheperformanceanalysis.TheimpulsetransferedtoLTDisobtainedbyusingCJdetonationmod

4、eandSedov’sself-similarsolutions,andthentheimpulsecouplingcoefficientandeffectivespecificimpulseisacquired.Basedontheseresults,theperformancecurves,withchangingflightaltitude,Machnumber,laserradiationintensityandpulsedurationarecalculated.Theresultswillbe

5、significantforthenextwork,suchaschoosingoflaser,designingofthetrajectory,andsoon.Keywords:AirbreathingmodeLaserPropulsionImpulsecouplingcoefficienteffectivespecificimpulse1引言作为一种具有巨大优势的新概念推进技术，激光推进近年来受到各国的广泛关注。其中机理研究和技术条件相对成熟的是脉冲式爆轰发动机。而特别地，这类发动机如果采用吸气模式，

6、按照激光推进的特点，飞行器在大气层中将不依赖于任何自身工质。即若不超出激光源的最大作用范围，理论上飞行器不用降落以补充推进剂，可以实现不间断飞行。采用这种工作方式的飞行器中，美国Myrabo设计的LightcraftTechnologyDemonstrator（LTD）就是一个典型代表[1]。为清楚吸气式激光推进飞行器性能的影响因素，本文拟针对这种构形进行分析。其结果对于下一步工作的展开，包括激光的选择、飞行弹道的设计均有十分重要的意义。２MyraboLTD特性分析2.1进气道特性作为吸气式激光推进飞行器

7、，将飞行在不同的高度和速度下，来流气体状态将对发动机效率产生重要影响。对LTD而言，进气道对来流的压缩功能主要由前体完成。根据对其构形分析，前体可以由两级圆锥体进行近似，半顶角、分别为30度和51度[2]，如图1所示。Fig.1ConfigurationofMyraboLTD由圆锥绕流的基本知识知道[3]，当来流超过声速以后，气体将在锥体头部产生脱体的弓形激波，靠近壁面的气流状态可以由正激波关系式描述；随着来流进一步加速，超过某一和半锥角相关的临界马赫数以后，将产生圆锥激波，此时可以由圆锥激波关系式计算气

8、流参数。考虑到两级锥体的构形，因此LTD的进气道特性可以分成下面几个阶段进行计算：Fig.2Subsectionstocalculateinletperformence其中，表示流过一级锥体时的马赫数。按上述方法可计算获得飞行状态不同时，进入推力室的气流速度、密度等参数。2.2冲量产生原理气流经进气道两级锥体压缩，进入推力室。在此，气体由聚焦的激光击穿，形成激光支持的爆轰波(LSD)；爆轰波随激波脉冲终止而停止，但其中高温高压