pco.dicam相機助力水滴燒蝕多脈沖激光推進性能研究
（論文部分內(nèi)容摘抄）
水工質(zhì)以其沖量耦合系數(shù)高、無污染、易儲存等優(yōu)點，近年來受到了學者們的廣泛關注。學者們分別將水泡靶、水車、水溶液、水膜等用作工質(zhì)，開展了單脈沖激光推進性能的實驗研究工作。激光參數(shù)和噴管是影 響水工質(zhì)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(shù)的研究結果。有關激光脈沖重復頻率等參數(shù)對水工質(zhì)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(zhì)，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(shù)對比沖和沖量耦合系數(shù)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(chǎn)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是（由廣州市元奧儀器有限公司提供的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(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸。時間分辨力可達 ns量級，每個CCD的分辨力為1280 pixel×1024 pixel，曝光時間從3 ns到1000 s連續(xù)可調(diào)，延遲時間最短可達20 ns。相機有內(nèi)部觸發(fā)和外部觸發(fā)兩種方式，根據(jù)實驗需求，選擇外部電觸發(fā)方式，其條件為：輸入5 V的晶體管，晶體管邏輯（TTL）電平上升沿，上升時間小于20 ns。
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(chǎn)生推力。在零時刻，觸發(fā)信號由外部手動輸入，工質(zhì)注入系統(tǒng)首先被觸發(fā)，其工作時間設置為15 ms，在13 ms的時刻，激光器被觸發(fā)輸出激光脈沖，激光輻照工質(zhì)產(chǎn)生的等離子體流場輻射出光電信號，觸發(fā)高速相機開始工作，同時壓電傳感器采集系統(tǒng)被觸發(fā)，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(zhì)產(chǎn)生等離子體流場的瞬間開始，出現(xiàn)了黑色區(qū)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10 μm量級），使得在激光脈沖輸出的瞬間便產(chǎn)生了高溫高壓的蒸汽區(qū)域，光束前方的蒸汽繼續(xù)吸收激光能量向前方迅速傳播，從而形成了光束前方的黑色區(qū)域；在相反方向的蒸汽區(qū)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色區(qū)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(xù)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(xù)向前方傳輸。
將霧化水滴用作工質(zhì)，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(shù)等性能參數(shù)下降比較明顯，與多脈沖推進理論分析結果吻合較好。
最后，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(nèi)，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(yōu)點，將可實現(xiàn)高效的單光子檢測，為實驗提供強而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
廣州市元奧儀器有限公司作為德國Excelitas PCO公司攝像機在中國的代理商，為客戶提供各種成像系統(tǒng)解決方案，如對相關產(chǎn)品感到興趣，歡迎隨時聯(lián)系交流，公司網(wǎng)址：www.gzyaco.com、電話：400-860-2677。
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