[发明专利]激光微流体微推进装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光推进领域，特别涉及一种激光微流体微推进装置及方法。

背景技术

微小卫星的迅速发展使得研究高效、轻型、低功耗、小推力、微冲量的微推进技术成为必须。激光微推进技术具有推力精确，比冲较高和结构简单的特点受到成为研究的热点。目前的激光微推进技术主要包括反射式推进技术(如图1所示)和透射式推进技术(如图2所示)。反射式推进的结构虽然简单，但是容易激光烧蚀的喷射物质长达喷射5cm，很容易污染镜头。透射式推进的结构：工质采用磁带式，工质由透明基底、粘结剂层和工质层三层构成。激光透过基底烧蚀工质层。由于光斑直径只有几十微米，磁带的宽度方向有1cm以上，长度更是达到了几十米，因此，不仅要求激光器在工质带的宽度方向来回扫描，还要配合卷带电机一起形成二维运动(如图3所示)，才能实现激光对工质的密集烧蚀。但透射式推进技术存在以下技术问题：工质即使被密集烧蚀，孔间仍有空隙，材料不能被完全烧蚀，利用率上限也只有78％。工质的一半重量是透明基底。需要两组高速电机，空间润滑问题面临极大的挑战。由于作用点上下移动，导致推力矢量变化，不利于卫星姿态的稳定。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种既不污染镜头，不会导致推力矢量变化及影响卫星姿态的激光微流体微推进装置及方法。

根据本发明的一个方面，提供一种激光微流体微推进装置包括：

脉冲激光烧蚀装置、喷口块及推进剂供给装置及等离子体加速装置；所述喷口块一侧设置有透明基底，内部设有一微喷管道；所述推进剂供给装置提供的推进剂通过一微管与所述微喷管道连接；所述脉冲激光烧蚀装置通过所述透明基底烧蚀所述微喷管道中的由所述推进剂供给装置提供的推进剂。

根据本发明的另一个方面，提供一种激光微流体微推进方法包括：

通过所述推进剂供给装置向所述喷口块内部的微喷管道推送推进剂；

通过脉冲激光烧蚀装置照射所述透明基底，烧蚀所述微喷管道中的由所述推进剂供给装置提供的推进剂。

根据本发明提供的激光微流体微推进装置及方法不仅不污染镜头，推力矢量不变化，而且同时可为微小卫星提供较具有较高比冲和推功比。

附图说明

图1是现有反射式推进技术的示意图；

图2是现有透射式推进技术的示意图；

图3是图2所示二维运动对透射式工质的烧蚀效果示意图；

图4是本发明实施例提供的激光微流体微推进装置的结构示意图；

图5是本发明另一实施例提供的激光微流体微推进装置的结构示意图；

图6是本发明另一实施例提供的工质的离散元模型的示意图；

图7是本发明另一实施例提供的对40um厚的工质在t＝5.5ns时的仿真结果示意图；

图8是本发明另一实施例提供的对40um厚的工质在t＝11ns时的仿真结果示意图；

图9是本发明另一实施例提供的对40um厚的工质在t＝22ns时的仿真结果示意图；

图10是本发明另一实施例提供的对40um厚的工质在t＝40ns时的仿真结果示意图；

图11是本发明另一实施例提供的对40um厚的工质在t＝66ns时的仿真结果示意图；

图12是本发明另一实施例提供的对40um厚的工质在t＝100ns时的仿真结果示意图；

图13是本发明另一实施例提供的对20um厚的工质在t＝110ns时的数值模拟示意图；

图14是本发明另一实施例提供的对25um厚的工质在t＝110ns时的数值模拟示意图；

图15是本发明另一实施例提供的对30um厚的工质在t＝110ns时的数值模拟示意图；

图16是本发明另一实施例提供的对40um厚的工质在t＝110ns时的数值模拟示意图；

图17是本发明另一实施例提供的对50um厚的工质在t＝110ns时的数值模拟示意图；

图18是本发明另一实施例提供的对60um厚的工质在t＝110ns时的数值模拟示意图；

图19是本发明另一实施例提供的比冲随工质厚度变化的关系的示意图；

本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式