管中激光加速器的推力形成过程

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1、第3l卷第1期2010年1月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAVoI．31No．1Jan．2010文章编号：1000一6893(2010)01一0088一05管中激光加速器的推力形成过程黄辉1，金星2，李倩1，曹正蕊3(1．装备指挥技术学院基础部，北京101416){(2．装备指挥技术学院航天装备系，北京101416)(3．装备指挥技术学院研究生管理大队，北京101416)ThrustFormingProcessinLaser-drivenIn-tubeAcceleratorHuangHuil，JinXin92，LiQianl，Cao

2、Zhengrui3(1．DepartmentoIBasicTheories，AcademyofEquipmentCommandandTechnology，Beijing101416。China)(2．DepartmentofSpaceEquipment，AcademyofEquipmentCommandandTechnology，Beijing101416．China)(3．CompanyofPostgraduateManagement，AcademyofEquipmentCommandandTechnology，Beijing101416，China)摘要：管中激光加速器是一

3、种新型的激光推力器，弹射体在管道中被加速。利用光线追踪法，根据光线在网格中的传播路径信息，运用辐射输运方程，得到流场的能量源项；数值求解含能量源项的流体控制方程，对管道中等离子体流场激波的形成和演化过程进行了研究。模型能够模拟空气光学击穿、空气对激光能量的吸收、等离子体对激光的屏蔽作用和推力形成过程，通过计算得到冲量耦合系数为3．61×10～N／MW，等离子体内能转化为流场动能的比例约为9％。关键词：激光推进}管中激光加速器；光线追踪法；能量源项；数值模拟中图分类号：V439；TN249文献标识码：AiAbstract：Laser-drivenin-tubeaccelerato

4、risanew-stylelaserpropulsionthrustercharacterizedbyacceleratingprojectileinatube．Withtheraytrackingmethod．tracksoftheraysinthegridareusedtOcomputetheener—gYsourcetermbyradiationtransferequation．Thecontrolequationswithenergysourcetermaresolvednu-merically，throughwhichthefeaturesofthegeneratio

5、nandevolvementofthelaser-inducedshockwavesinthetubearestudied．Processesincludingairopticalbreakdown，absorptionoflaserenergy，plasmashieldingofthelaserbeamandthrustformingarereproduced．NumeriealresultsindicatethattheobtainedmomentumCOO—piingcoefficientis3．61×10—4N／MW，andtheconversionefficiency

6、ofplasmainternalenergytOfluidkineticenergyisabout9％。Keywords：laserpropulsion；laser-drivenin-tubeaccelerator；raytrackingmethod；energysourceterm；no-mericalsimulation激光推进是一种利用全新的推进机理将远处高能激光束转化为飞行器动能的全新的航天推进技术，远距离输送的激光能量与工作介质在推力器内部耦合产生推力，因此激光推力器的研究在整个激光推进技术研究领域中起到举足轻重的作用[1～。日本Tohoku大学流体科学研究所A．Sa

7、soh等[31提出了管中激光加速器(Laser-drivenIn-tubeAccelerator，LITA)的概念，点火产生的激波被加速管壁面反射，多次与弹射体后部作用，从而获得更高的冲量和推进性能。与L．N．Myrabo等的塞式激光推进器[4_5]和W．L．Bohn等的铃形收藕日期：2009一10—18；修订日期：2009一】2一01基金项目：国家自然科学基金(10672184)；国家。973”计划通讯作者：黄辉E-mail：huanghuil983(园gmail．com激光推进器[6。]