GAP含能工质工艺优化及其激光微推进性能测试

摘要

微纳卫星的快速发展，对微推进系统提出了很高的要求。本文针对其中最具潜力的激光烧蚀微推进系统，通过改进固体含能靶带的工艺配方，提高了靶材致密性，通过对靶材进行掺杂，探索出提高靶材推进性能的方法，为激光微推进系统的性能优化提供了一种参考。主要工作如下:
　　(1)针对GAP含能靶带致密性较低的问题，通过选择合适的固化剂、固化催化剂、抑水剂等，确定掺碳GAP含能工质的配方为: GAP/C/IPDI/DBTDL/TPB/间苯二酚=91.3/1/7/0.1/0.3/0.3（质量比）;通过对靶带涂覆工艺的优化，确定最佳涂覆温度为30～40℃，涂覆厚度为200μm。
　　(2)设计了透射模式(T)和反射模式(R)两种微推力测试样机，并利用波长为808nm的半导体激光器研究了不同模式下的烧蚀规律。T模式下，控制激光器功率为7w，单脉冲激光模式，研究结果表明:当脉宽在5～50ms的范围内，冲量随脉宽增加而增加，但比冲、冲量耦合系数和推力都随脉宽的增加而减少;R模式下，控制激光器脉宽为50ms，连续激光模式，研究结果表明:在激光功率为1.5～3.5w范围内，激发时间随激光能量增加而减少，而推力随激光能量的增加而增大。
　　(3)为提高含能靶带的推进性能，研究了掺杂对激光烧蚀微推进性能的影响。结果表明:当掺杂碳粉含量在0.15％～0.4％，Cm由55.85uN·s/J上升至251.40uN·s/J;含量在0.4％～2.0％时，Cm变化不明显;含量超过2.0％，Cm缓慢下降。另外，在低浓度掺碳靶带中掺杂入原子量较高的金属，可以获得更高的冲量耦合系数。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高性能工质设计

1．2．2 激光微推力器设计

1．3 本文主要研究内容

2 GAP含能靶带的制备

2．1 GAP含能靶带的配方设计

2．1．1 叠氮类含能固化剂GAP的固化机理

2．1．2 固化剂的选择

2．1．3 GAP激光烧蚀靶带的制备

2．1．4 GAP靶表征

2．2 激光烧蚀靶带气孔率的研究与测定

2．2．1 孔率

2．2．2 气孔率的测定方法

2．2．3 GAP靶带孔率的计算方法

2．3 激光烧蚀靶带制备工艺对靶带孔率的影响

2．3．1 涂层厚度对对靶带孔率的影响

2．3．2 GAP固化温度对靶带孔率的影响

2．4 本章小结

3 激光烧蚀微推力器系统设计

3．1 激光器

3．2 聚焦光纤

3．3 激光烧蚀测试样机

3．3．1 透射模式靶带微推力测试系统设计

3．3．2 反射模式微推力测试系统设计

3．4 本章小结

4 激光烧蚀微推力器及靶带性能研究

4．1 激光推进的重要参数

4．2 扭摆微推力测试原理

4．3 扭摆的标定

4．4 激光烧蚀微推力样机性能测试

4．4．1 透射模式微推力样机测试

4．4．2 反射模式微推力样机测试

4．5 掺杂对激光烧蚀微推进性能的影响

4．5．1 掺杂纳米碳粉含量对烧蚀性能的影响

4．5．2 掺杂金属粉末对烧蚀性能的影响

4．6 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况