面向机载乘员逃逸的激光火工及控制关键技术研究

论文摘要

随着我国经济的不断增长,作为最为快捷的交通工具,通用航空正处于快速发展时期。当飞行器在飞行过程中,人的安全始终是所有载人飞行器需要考虑的首要问题。机载乘员逃逸系统就是在飞行器发生意外故障后保障人员安全的最重要的屏障,在机载乘员逃逸系统中信号传递系统连接各弹射功能模块,通过信号传递才能完成了一系列弹射动作,实现逃逸救生功能。激光火工系统具有传输环节电磁本质安全、可远距离传输、具有自诊断功能、控制智能化程度高、便于系统集成等独特优势,非常适合应用于机载乘员逃逸系统。为了保证激光火工系统对乘员逃逸救生任务的可靠执行,需根据机载逃逸救生的工作特点及模式对激光火工系统关键技术开展针对性研究。本文在分析了机载逃逸救生的需求后,确定了机载乘员逃逸用激光火工系统技术方案,开展了系统关键技术研究与设计,论文的具体工作包括以下几个方面:（1）对机载乘员逃逸用激光火工系统组成进行了分析与研究,结合实际任务需求明确了将烟火泵浦激光与半导体激光相结合的技术方案,并通过具有时域特征的激光与含能材料相互作用模型,研究了不同参数对点火延迟时间及点火阈值能量的影响规律。（2）在烟火泵浦激光技术研究中,通过建立烟火泵浦激光模型及烟火聚光腔模型指导烟火泵浦激光器的设计,同时还研究了基于压电触发机理的非电触发闪光灯技术,得到了火花药头99.9%发火点电压为2517.6V,六路火花隙点火药头发火电压在15500V并进行了实验验证,开展了Zr-氧体系闪光灯技术研究其辐射光谱在与激光晶体吸收光谱重合,并开展了烟火泵浦激光器发火试验,起爆作用时间不高于200μs,点火作用时间不高于10ms,满足了机载逃逸救生的基本需求。（3）对半导体激光点火技术开展了研究,建立了基于超级电容驱动的半导体激光点火模型,并深入研究了长脉冲快前沿驱动技术,开展了半导体激光输出性能及发火试验,起爆作用时间最短仅14.8μs,点火作用时间最短为36μs,满足了机载逃逸救生系统对点火时间精度的需求。（4）采用双波长激光技术方案实现了半导体激光火工子系统的自诊断。在宽温条件下自检激光功率自动控制功率稳定性优于3%,长期功率稳定性优于1.03%,波长随温度漂移的经验数值为0.5nm/℃,满足激光火工系统自诊断任务要求。研究了光路状态信息光电检测技术,建立了光电检测电路模型,通过优化设计可实现反馈激光0.1～300μW探测,系统带宽952kHz,信噪比优于86.3dB。针对机载乘员逃逸用激光火工系统,通过多种失效模式试验,建立了失效分级模型。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 机载乘员逃逸系统国内外发展
•     1.2.1 弹射座椅研究现状
•     1.2.2 激光火工技术研究现状
•     1.2.3 激光火工技术存在的瓶颈问题
•   1.3 论文研究思路及章节安排
•     1.3.1 研究思路
•     1.3.2 章节安排
• 第2章 激光火工系统原理与作用机理
•   2.1 引言
•   2.2 机载乘员逃逸用激光火工系统
•     2.2.1 机载乘员逃逸激光火工系统工作原理
•     2.2.2 激光火工品
•     2.2.3 激光火工系统光能传输技术研究
•   2.3 激光与含能材料相互作用机理分析
•     2.3.1 激光热点火模型
•     2.3.2 计算结果与分析
•   2.4 本章小结
• 第3章 烟火泵浦激光技术研究
•   3.1 引言
•   3.2 烟火闪光辐射机理研究
•     3.2.1 辐射基本理论
•     3.2.2 烟火燃烧理论
•     3.2.3 烟火辐射理论
•   3.3 烟火泵浦激光机理研究
•   3.4 烟火泵浦激光器聚光腔光学仿真
•     3.4.1 激光晶体棒半径对聚光性能的影响
•     3.4.2 烟火闪光灯与激光晶体棒的距离对聚光性能的影响
•     3.4.3 烟火闪光灯直径对聚光性能的影响
•     3.4.4 聚光腔内径对聚光性能的影响
•     3.4.5 烟火闪光灯数量对聚光性能的影响
•   3.5 烟火闪光灯触发设计与实验研究
•     3.5.1 压电换能机理
•     3.5.2 火花隙点火药头工作机理与实验
•     3.5.3 多路烟火闪光灯触发装置设计
•     3.5.4 烟火闪光灯输出性能试验
•   3.6 烟火泵浦激光器设计与性能试验
•     3.6.1 烟火泵浦激光器设计
•     3.6.2 烟火泵浦激光器输出性能试验
•     3.6.3 烟火激光器光纤耦合
•     3.6.4 烟火激光器发火试验
•   3.7 小结
• 第4章 半导体激光点火系统设计与测试
•   4.1 引言
•   4.2 半导体激光火工系统组成
•   4.3 半导体激光工作原理及特性分析
•     4.3.1 半导体激光器工作原理
•     4.3.2 半导体激光二极管工作特性
•   4.4 半导体激光点火驱动技术研究
•     4.4.1 半导体激光点火驱动方案研究
•     4.4.2 半导体激光点火低功耗驱动设计
•   4.5 半导体激光发火试验
•     4.5.1 试验原理
•     4.5.2 试验样品
•     4.5.3 试验结果与讨论
•     4.5.4 半导体激光火工子系统作用时间延迟分析
•   4.6 本章小结
• 第5章 半导体激光自诊断技术研究
•   5.1 引言
•   5.2 半导体激光自诊断原理
•   5.3 自检激光自动功率控制（APC）驱动技术
•     5.3.1 自检激光自动功率控制原理
•     5.3.2 自检激光APC电路设计
•     5.3.3 自检激光自动功率控制驱动性能测试与分析
•   5.4 光路状态信息光电检测技术
•     5.4.1 光路状态信息光电检测电路原理
•     5.4.2 光路状态信息光电检测电路实验
•   5.5 半导体激光自诊断试验与分析
•     5.5.1 试验装置及方法
•     5.5.2 试验结果及分析
•   5.6 半导体激光自诊断结果的判别
•   5.7 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 论文研究总结
•   6.2 论文研究创新
•   6.3 论文研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王浩宇

导师: 洪津

关键词: 机载乘员逃逸,激光火工系统,烟火泵浦激光,半导体激光自诊断,火工品

来源: 中国科学技术大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,航空航天科学与工程,无线电电子学

单位: 中国科学技术大学

分类号: TN249;V244.21

总页数: 150

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