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第1章 绪论1

1.1 激光推进概述1

1.1.1 概念与特点1

1.1.2 物理力学过程5

1.1.3 激光推进的推进性能参数7

1.2 国内外研究现状8

1.2.1 实验与理论研究进展9

1.2.2 技术成熟度分析16

1.2.3 应用前景17

相关知识19

参考文献23

第2章 气体中的激光击穿和能量沉积26

2.1 激光及激光特性26

2.1.1 激光及激光器分类26

2.1.2 激光性能参数27

2.1.3 激光特性28

2.1.4 激光束的聚焦特性31

2.2 气体主要性质34

2.2.1 气体的可压缩性与热膨胀性34

2.2.2 气体的输运性质36

2.3 高温气体中光的吸收和发射39

2.3.1 气体对激光的吸收和发射机制39

2.3.2 短距离传输激光的吸收系数计算模型42

2.4 激光大气传输的线性效应51

2.4.1 大气折射51

2.4.2 大气吸收52

2.4.3 大气散射54

2.4.4 大气湍流效应57

2.5 激光大气传输的非线性效应59

2.5.1 热晕59

2.5.2 大气击穿61

2.5.3 受激拉曼散射62

2.6 激光束的聚焦和激光击穿63

2.6.1 激光击穿及击穿阈值63

2.6.2 气体对激光束的吸收及气体的加热66

2.7 激光的吸收和激光能量沉积68

2.7.1 光子能量较小时激光的吸收系数68

2.7.2 光子能量较大时激光的吸收系数70

2.7.3 激光能量沉积71

相关知识72

参考文献78

第3章 激光击穿和能量沉积引起的力学效应80

3.1 激光等离子体和激光维持的吸收波80

3.1.1 激光等离子体80

3.1.2 激光等离子体对能量沉积的作用82

3.1.3 激光维持的吸收波形成机制83

3.1.4 激光维持的燃烧波和爆轰波的判别和转化83

3.2 激光维持的吸收波的演化84

3.2.1 激光维持的吸收波演化过程的气体动力学分析84

3.2.2 激光维持的燃烧波的演化过程88

3.2.3 激光维持的爆轰波的演化过程90

3.2.4 激光维持的爆轰波速度93

3.3 激光维持的爆轰波的稳定传播95

3.3.1 CJ点的激光维持的爆轰波速度95

3.3.2 激光维持的爆轰波稳定传播的条件98

3.3.3 影响激光维持的爆轰波稳定传播的因素99

3.4 激光维持的爆轰波前后熵和能量的变化100

3.4.1 熵在激光维持的爆轰波能量曲线上的变化100

3.4.2 熵在激光维持的爆轰波波速线上的变化101

3.4.3 能量在波速线和能量曲线上的变化101

3.5 离解和电离对激光维持的爆轰波的影响102

3.5.1 双原子分子离解对气体内能和压强的影响102

3.5.2 原子的电离对气体内能和压强的影响103

3.5.3 库仑作用对激光维持的爆轰波的影响104

3.5.4 粒子数对激光维持的爆轰波的影响105

3.6 激波及激波相互作用106

3.6.1 激波的基本性质106

3.6.2 激波的相互作用111

3.6.3 初始间断分解117

相关知识121

参考文献126

第4章 含激光能量沉积流场的基本方程127

4.1 热力学基本概念127

4.1.1 热力学状态和过程127

4.1.2 热力学定律和基本方程131

4.1.3 完全气体的热力学特性134

4.1.4 化学热力学简介135

4.1.5 声速和马赫数136

4.2 高温气体热力学性质及空气状态方程138

4.2.1 比热容和粒子数不变的理想气体138

4.2.2 用统计求和法计算热力学函数140

4.2.3 双原子分子的离解141

4.2.4 电离和电子激发142

4.2.5 多次电离范围内的近似计算方法144

4.2.6 稀薄电离气体的状态方程146

4.2.7 稠密高温气体的状态方程147

4.2.8 高温平衡气体的状态方程149

4.3 流体力学方程组151

4.3.1 理想流体151

4.3.2 间断面及其分类152

4.3.3 黏性流体154

4.3.4 自然坐标系与特征线方法156

4.4 光辐射及辐射输运方程159

4.4.1 光辐射描述159

4.4.2 辐射输运方程160

4.4.3 光学厚条件下辐射输运方程的简化163

4.4.4 光学薄条件下辐射输运方程的简化165

4.4.5 光线追踪激光辐射输运方程的简化167

4.5 辐射流体动力学方程组167

4.5.1 高温气体的辐射和辐射热交换169

4.5.2 辐射流体动力学方程组及其简化形式172

4.5.3 计算结果175

相关知识178

参考文献180

第5章 吸气式脉冲激光推进机理及推进性能182

5.1 吸气式脉冲激光推进机理概述182

5.2 能量沉积机理183

5.2.1 激光聚焦空气击穿过程183

5.2.2 激光维持的吸收波的形成及演化过程184

5.3 推力形成机理186

5.3.1 激波在流场中的传播过程186

5.3.2 流场与抛物面的冲量耦合过程189

5.4 典型圆锥形喷管的推进性能和相似律194

5.4.1 圆锥形喷管的推进性能194

5.4.2 圆锥形喷管的相似律213

5.4.3 理论模型的局限性222

5.5 吸气式脉冲激光推进的高度特性223

5.5.1 国内外的高度特性实验数据分析224

5.5.2 高度特性的理论研究225

5.5.3 高度特性的机理227

5.5.4 高度特性规律229

相关知识229

参考文献232

第6章 吸气式脉冲激光推进中物理力学量的测量方法235

6.1 测量参数及测量方法235

6.2 激光能量加载系统与激光参数测量方法235

6.2.1 激光器及光学系统236

6.2.2 激光能量及波形测量系统237

6.3 力学性能参数测量方法及系统240

6.3.1 冲击摆冲量测试方法及系统242

6.3.2 瞬态推力测试方法与系统248

6.3.3 瞬态压力测试方法与系统257

6.4 激光等离子体瞬态温度测量方法262

6.4.1 测温系统263

6.4.2 测温原理266

6.4.3 图像预处理271

6.4.4 标定实验273

6.4.5 温度测量实验277

6.5 瞬态流场的光学测量方法284

6.5.1 流场参数诊断系统的特点285

6.5.2 纹影技术基本原理288

6.5.3 纹影实验系统291

6.5.4 时序关系293

6.5.5 爆轰波或激波速度求解的数据处理295

相关知识297

参考文献299