激光支持脈沖等離子體推力器工作過程建模與仿真

目錄
“空天前沿技術(shù)叢書”序一
“空天前沿技術(shù)叢書”序二
前言
第1章 概述 1
1.1 研究背景 1
1.2 激光-電磁復(fù)合推進系統(tǒng)研究概況 3
1.3 LAPPT數(shù)值仿真研究進展 5
1.3.1 激光與固體靶材的相互作用 5
1.3.2 等離子體羽流與電磁場的相互作用 7
1.4 本書內(nèi)容安排 11
參考文獻 11
第2章 銅工質(zhì)飛秒激光燒蝕過程建模與仿真 22
2.1 引言 22
2.2 理論模型 23
2.2.1 兩個不同階段的熱傳導(dǎo)方程 23
2.2.2 等離子體膨脹和屏蔽 26
2.2.3 Cu的材料特性 28
2.2.4 數(shù)值方法 29
2.3 計算結(jié)果與討論 31
2.3.1 等離子體屏蔽的影響 31
2.3.2 延遲時間比值的影響 32
2.3.3 激光能量密度的影響 35
2.3.4 靶材初始溫度的影響 36
2.3.5 模型驗證 39
2.4 本章小結(jié) 40
參考文獻 40
第3章 鋁工質(zhì)激光燒蝕及羽流運動特性建模與仿真 46
3.1 引言 46
3.2 熱傳導(dǎo)和相爆炸模型 47
3.2.1 數(shù)學(xué)模型 47
3.2.2 相變體積焓 49
3.2.3 熱源項 50
3.2.4 工質(zhì)燒蝕機制 51
3.2.5 隨溫度變化的熱物性參數(shù) 53
3.3 燒蝕羽流膨脹和電離模型 56
3.3.1 數(shù)學(xué)模型 56
3.3.2 電離反應(yīng) 57
3.3.3 燒蝕羽流的吸收與屏蔽 60
3.4 數(shù)值計算方法 60
3.5 數(shù)值模型驗證 60
3.5.1 數(shù)值計算誤差分析 60
3.5.2 對比實驗結(jié)果 62
3.6 計算結(jié)果與討論 63
3.6.1 工質(zhì)燒蝕特性 63
3.6.2 燒蝕羽流運動和電離特性 68
3.7 本章小結(jié) 85
參考文獻 86
第4章 PTFE工質(zhì)激光燒蝕及羽流運動特性建模與仿真 90
4.1 引言 90
4.2 PTFE工質(zhì)燒蝕模型 91
4.2.1 雙層燒蝕模型 91
4.2.2 **燒蝕階段(無相變) 94
4.2.3 第二燒蝕階段(發(fā)生相變) 95
4.2.4 熱源項 98
4.2.5 隨溫度變化的熱物性參數(shù) 98
4.3 燒蝕羽流運動模型 100
4.3.1 數(shù)學(xué)模型 100
4.3.2 燒蝕羽流對激光能量的吸收機制 101
4.4 熱化學(xué)模型 102
4.5 數(shù)值計算方法 105
4.6 數(shù)值計算誤差分析 105
4.7 計算結(jié)果與討論 107
4.7.1 PTFE工質(zhì)燒蝕特性 107
4.7.2 燒蝕羽流運動特性 112
4.8 本章小結(jié) 116
參考文獻 117
第5章 Al/PTFE復(fù)合工質(zhì)激光燒蝕過程建模與仿真 120
5.1 引言 120
5.2 激光燒蝕復(fù)合推進劑多物理場過程分析 121
5.3 理論基礎(chǔ)與物理模型 123
5.3.1 固體層 124
5.3.2 氣泡層 125
5.3.3 移動界面層 128
5.4 數(shù)值求解方案 129
5.4.1 坐標(biāo)變換 131
5.4.2 界面層位置追蹤和不同區(qū)域長度計算 132
5.4.3 網(wǎng)格劃分 132
5.4.4 熱物性參數(shù)和熱源更新 133
5.4.5 守恒方程求解 134
5.4.6 仿真區(qū)域、網(wǎng)格大小和計算時長 135
5.5 仿真結(jié)果分析與討論 135
5.5.1 數(shù)值模型驗證 135
5.5.2 數(shù)值模型誤差計算 137
5.5.3 分析與討論 138
5.6 本章小結(jié) 142
參考文獻 143
第6章 激光支持脈沖等離子體推力器性能建模與仿真 147
6.1 引言 147
6.2 帶外加磁場的機電模型 147
6.2.1 模型建立 148
6.2.2 模型驗證 153
6.3 LAPPT性能仿真結(jié)果與討論 156
6.3.1 電參數(shù)對LAPPT性能的影響 158
6.3.2 電流片初始狀態(tài)參數(shù)對LAPPT性能的影響 165
6.3.3 等離子體參數(shù)對LAPPT性能的影響 170
6.3.4 外加磁場對LAPPT性能的影響 173
6.4 本章小結(jié) 177
參考文獻 178