一种微流量连续供给方式下脉冲激光烧蚀的方法，包括如下步骤：将推进剂连续供给进入燃烧室，同时以与推进剂供给速度匹配的激光脉冲频率，对燃烧室中的推进剂进行脉冲激光烧蚀；推进剂供给速度与激光脉冲频率采用如下方式进行匹配：将推进剂以供给速度v连续供给进入燃烧室，使用单脉冲激光照射燃烧室内的推进剂进行烧蚀，调整单脉冲时间并使用高速相机拍摄观察，直至可以观察到单脉冲时间结束后燃烧室内填充满的推进剂完全烧蚀掉，记录推进剂重新充满燃烧室所需要的时间t，通过式I计算获得与推进剂供给速度匹配的激光脉冲频率f。解决微流量供给系统的质量流量和激光工作频率不匹配，导致微推力器综合集成困难及比冲和推力控制精度低的问题。控制精度低的问题。控制精度低的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种微流量连续供给方式下脉冲激光烧蚀的方法及应用
[0001]本申请涉及一种微流量连续供给方式下脉冲激光烧蚀的方法及应用，属于航天器电推进
技术介绍
[0002]在激光烧蚀等离子体推进中，气体、液体和固体介质均可以用作被烧蚀物质。当激光功率密度高于烧蚀物质的击穿阈值时，激光击穿烧蚀物质产生等离子体，等离子体继续吸收激光能量形成迅速膨胀的爆轰波，爆轰波与推力器壁面流固耦合形成推力。激光与靶材相互作用并将激光能量转化为飞行器动能的过程时实现激光推进的一个关键过程。到目前为止，许多推进剂已被用于激光推进，包括水，金属、塑料、含能聚合物等。液体推进剂因其大推力和高冲量耦合系数而得到广泛关注。
[0003]与固体工质相比，液体工质激光推进系统具有比冲高、推力可控和长寿命等特点，在微推进系统领域有着自己独特的地位。然而，对于所有液体推进剂，在激光烧蚀过程中观察到严重的溅射行为，导致大部分未电离的液体。几乎所有的未电离液体都会随着等离子体的产生而一并喷出，这导致微推进系统的比冲和推力控制精度极低。有两种方法可以消除液体飞溅。一种方法是增加液体推进剂的粘度，但这种方式给液体推进的供给带来巨大挑战。第二种方法是通过微流量连续供给方式将液体推进剂注入新型几何形状燃烧腔，如薄膜或液滴等小尺寸构型，使液体喷射引起的比冲损失最小，而微流量连续供给技术和脉冲激光烧蚀液体工质协同工作是解决这一问题的有效手段。因此，微流量连续供给方式实现脉冲激光烧蚀方法是解决液体工质激光微推力器综合集成及比冲低的核心关键技术。
专利技术内容
[0004]根据本申请的一个方面，提供了一种微流量连续供给方式下脉冲激光烧蚀的方法，解决现有基于激光烧蚀液体工质存在液体飞溅，微流量供给系统的质量流量和激光工作频率不匹配，导致激光烧蚀微推力器综合集成困难及比冲和推力控制精度低的问题。
[0005]本申请采用如下技术方案：
[0006]一种微流量连续供给方式下脉冲激光烧蚀的方法，包括如下步骤：
[0007]将推进剂连续供给进入燃烧室，同时以与推进剂供给速度匹配的激光脉冲频率，对燃烧室中的推进剂进行脉冲激光烧蚀；
[0008]推进剂供给速度与激光脉冲频率采用如下方式进行匹配：
[0009]将推进剂以供给速度v连续供给进入燃烧室，使用单脉冲激光照射燃烧室内的推进剂进行烧蚀，调整单脉冲时间并使用高速相机拍摄观察，直至可以观察到单脉冲时间结束后燃烧室内填充满的推进剂完全烧蚀掉，记录推进剂重新充满燃烧室所需要的时间t，通过式I计算获得与推进剂供给速度匹配的激光脉冲频率f；
[0010][0011]其中D为推进剂进入燃烧室的流体截面直径，L为激光照射在燃烧室中的光斑的直径，ρ为推进剂的密度。
[0012]本申请中供给速度v为质量流量。
[0013]可选地，所述燃烧室的进口与至少1条供给管道连接，所述推进剂经过供给管道进入燃烧室，然后经过脉冲激光烧蚀后产生爆轰波通过燃烧腔释放；
[0014]所述燃烧室的出口与燃烧腔的入口相连通；
[0015]所述供给管道靠近燃烧室的管道内侧设置有用于避免推进剂回流的减振腔。
[0016]可选地，所述燃烧腔的尺寸为：长度为1～10mm，宽度为50～1000μm，深度为50～100μm。
[0017]可选地，所述燃烧室的尺寸为：宽度为50～500μm，长度为50～500μm，深度为50～100μm。
[0018]可选地，所述减振腔的尺寸为：宽度为20～1000μm，深度为10～1000μm，长度为1～10mm。
[0019]可选地，所述减振腔的截面积小于燃烧腔的截面积。
[0020]用于防回流管道(燃烧腔)远小于燃烧腔的尺寸，保证激光烧蚀液体工质沿喷管方向喷射。
[0021]可选地，所述供给管道的尺寸为：长度为1～10mm，宽度为50～1000μm，深度为50～1000μm。
[0022]可选地，所述燃烧腔的尺寸为：长度选自1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm中的任意值或任意两者间的范围值，宽度选自50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm中的任意值或任意两者间的范围值，深度选自50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm中的任意值或任意两者间的范围值。
[0023]可选地，所述燃烧室的尺寸为：宽度选自50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm中的任意值或任意两者间的范围值，长度选自50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm中的任意值或任意两者间的范围值，深度选自50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm中的任意值或任意两者间的范围值。
[0024]可选地，所述减振腔的尺寸为：宽度选自20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、1000μm中的任意值或任意两者间的范围值，深度选自10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、1000μm中的任意值或任意两者间的范围值，长度选自1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm中的任意值或任意两者间的范围值。
[0025]可选地，所述供给管道的尺寸为：长度选自1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm中的任意值或任意两者间的范围值，宽度选自50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm中的任意值或任意两者间的范围值，深度选自50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm、600μm、700μm、800μm、900μm、1000μm中的任意值或任意两者间的范围值。
[0026]可选地，所述推进剂包括含能化合物、离子液体、激光能量吸收剂、水。
[0027]可选地，所述含能化合物、离子液体、激光能量吸收剂、水的重量比为(6～7):1:(0.01～0.1):(2～3)。
[0028]可选地，所述含能化合物选自ADN、HAN、GAP、甲基咪唑类、硝酸盐、高密度碳氢燃料中的至少一种；
[0029]可选地，所述离子液体选自咪唑类、季胺类、季膦类中的至少一种。
[0030]可选地，所述激光能量吸收剂选自近红外染料、碳材料、纳米金属材料中的至少一种。
[0031]可选地，所述近红外染料选自IR1036。
[0032]可选地，所述供给速度v为0.1～100μL/min。
[0033]可选地，所述推进剂对激光的吸收深度＜200μm。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微流量连续供给方式下脉冲激光烧蚀的方法，其特征在于，包括如下步骤：将推进剂连续供给进入燃烧室，同时以与推进剂供给速度匹配的激光脉冲频率，对燃烧室中的推进剂进行脉冲激光烧蚀；推进剂供给速度与激光脉冲频率采用如下方式进行匹配：将推进剂以供给速度v连续供给进入燃烧室，使用单脉冲激光照射燃烧室内的推进剂进行烧蚀，调整单脉冲时间并使用高速相机拍摄观察，直至可以观察到单脉冲时间结束后燃烧室内填充满的推进剂完全烧蚀掉，记录推进剂重新充满燃烧室所需要的时间t，通过式I计算获得与推进剂供给速度匹配的激光脉冲频率f；其中D为推进剂进入燃烧室的流体截面直径，L为激光照射在燃烧室中的光斑的直径，ρ为推进剂的密度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧室的进口与至少1条供给管道连接，所述推进剂经过供给管道进入燃烧室，然后经过脉冲激光烧蚀后产生爆轰波通过燃烧腔释放；所述燃烧室的出口与燃烧腔的入口相连通；所述供给管道靠近燃烧室的管道内侧设置有用于避免推进剂回流的减振腔。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述燃烧腔的尺寸为：长度为1～10mm，宽度为50～1000μm，深度为50～100μm；优选地，所述燃烧室的尺寸为：宽度为50～500μm，长度为50～500μm，深度为50～100μm；优选地，所述减振腔的尺寸为：宽度为20～1000μm，深度为10～1000μm，长度为1～10mm；优选地，所述减振腔的截面积小于燃烧腔的截面积；优选地，所述供给管道的尺寸为：长度为1～10mm，宽度为50～1000μm，深度为50～1000μm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述推进剂包括含能化合物、离子液体、激光能量吸收剂、水；优选地，所述含能化合物、离子液体、激光能量吸收剂、水的重量比为(6～7):1:(0.01～0.1):(2～3)。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述含能化合物选自ADN、HAN、...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜宝盛，洪延姬，韩建慧，郑永赞，崔海超，毛晨涛，蒋陆昀，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：
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