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水滴燒蝕多脈沖激光推進性能
（論文部分內容摘抄）
水工質以其沖量耦合系數高、無污染、易儲存等優點，近年來受到了學者們的關注。學者們分別將水泡靶、水車、水溶液、水膜等用作工質，開展了單脈沖激光推進性能的實驗研究工作。激光參數和噴管是影響水工質激光推進性能的重要因素，大部分文獻報道中，沒有利用噴管開展研究工作，只是利用了水的激光擊穿效應，測試了推力或者沖量，給出了沖量耦合系數的研究結果。有關激光脈沖重復頻率等參數對水工質激光推進性能影響的報道還比較少。本文將尺寸為40～80μm的霧化水滴用作工質，用實時的壓電傳感器推力測試法開展了錐形噴管的多脈沖TEA CO2 激光推進性能實驗研究，研究了脈沖重復頻率和脈沖個數對比沖和沖量耦合系數的影響。利用紋影測試法研究了水滴燒蝕過程中的激波等流場變化過程，分析了推力產生過程中的主要影響因素。
紋影測試實驗裝置：
紋影測試實驗裝置如圖所示。實驗中所用高速相機（廣州市元奧儀器有限公司的PCO.dicam型號）為德國研制的12位超高速變相管相機。該相機由攝像頭和４個PCI板組成，PCI板卡安裝在計算機上，與相機之間通過光纜實現串行數據傳輸。時間分辨力可達ns量級，每個CCD的分辨力為1280 pixel x 1024 pixel，曝光時間從3ns到 1000s連續可調，延遲時間短可達20ns。相機有內部觸發和外部觸發兩 種方式，根據實驗需求，選擇外部電觸發方式，其條件為：輸入5V的晶體管，晶體管邏輯（TTL）電平上升沿，上升時間小于20ns。
紋影實驗中，不透明的噴管被移除，將噴注器固定在推力測試架的平板之上，高溫高壓的氣體流場與噴注器和平板耦合產生推力。在零時刻，觸發信號由外部手動輸入，工質注入系統首先被觸發，其工作時間設置為15ms；在13ms的時刻，激光器被觸發輸出激光脈沖；激光輻照工質產生的等離子體流場輻射出光電信號，觸發高速相機開始工作；同時壓電傳感器采集系統被觸發，開始采集推力信號。
紋影實驗結果：
圖給出了第１個激光脈沖對應的流場演化過程的實驗結果，在激光的傳輸路徑上，從激光擊穿工質產生等離子體流場的瞬間開始，出現了黑域。這是由于霧化水滴對CO2 激光的強烈吸收作用（吸收深度為10μm量級），使得在激光脈沖輸出的瞬間便產生了高溫高壓的蒸汽區域，光束前方的蒸汽繼續吸收激光能量向前方迅速傳播，從而形成了光束前方的黑域；在相反方向的蒸汽區域在激波流場的推動作用下，在逆光束傳播方向上形成了黑域。雖然光束傳播路徑上的CO2 能量幾乎被全部吸收，激光束很難穿過霧化水滴繼續向前傳輸，但是由于霧化水滴之間存在大量的微小空隙，從而使得激光束能夠穿過空隙繼續向前方傳輸。
將霧化水滴用作工質，開展了TEA CO2 激光多脈沖激光推進實驗研究工作，同時開展了紋影實驗研究工作。水滴燒蝕模式多脈沖激光推進的比沖和沖量耦合系數等性能參數下降比較明顯，與多脈沖推進理論分析結果吻合較好。
流場演化過程的紋影實驗結果與同步獲得的推力曲線結果表明：在實驗所用的激光能量（功率）密度范圍內，汽化過程和激波對推力形成的貢獻都比較大；等離子體流場對推力形成過程沒有貢獻。
德國 Excelitas PCO 公司的pco.dicam相機，具備高分辨率、高感光度、快速幀重復率、精確捕捉超快速過程的優點，將可實現高效的單光子檢測，為實驗提供強而有力的圖像數據支持。
廣州市元奧儀器有限公司作為德國/ Excelitas PCO 公司的攝像機在中國的代理商之一，為客戶提供各種成像系統解決方案，如對相關產品感到興趣，歡迎隨時聯系交流！
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