四种磁绝缘传输线的横向空间电荷流

 根据电磁场基本理论及电子运动守恒方程，导出平板、圆柱、圆锥和圆盘这4种常用传输线的横向空间电荷流的数值模型和磁绝缘临界条件。通过数值模拟得到:传输线的电压越高，无磁场的横向空间电荷流越大，但是磁缘性能却越显著；若分别增大圆柱、圆锥的几何结构因子，既有助于减小它们的无磁场横向空间电荷流又有助于增强它们的磁绝缘性能；对于圆锥，若电极夹角较大，内电极的极角较小，则对减小无磁场空间电荷流和增强磁绝缘性也有一定好处。     

圆锥磁绝缘传输线的横向空间电荷流

根据电磁场基本理论及电子运动守恒方程，导出圆锥传输线横向空间电荷流的数值模型和磁绝缘临界条件。通过数值计算，讨论了电压及圆锥几何结构参数等对横向空间电荷流和磁绝缘性能的影响。电压较高时,无磁场的空间电荷流较大，而磁绝缘性能更好。在传输线的三个几何参数中，几何因子对传输性能影响最大。     

圆锥磁绝缘传输线的横向空间电荷流

 根据电磁场基本理论及电子运动守恒方程，导出圆锥传输线横向空间电荷流的数值模型和磁绝缘临界条件。通过数值计算，讨论了电压及圆锥几何结构参数等对横向空间电荷流和磁绝缘性能的影响。电压较高时,无磁场的空间电荷流较大，而磁绝缘性能更好。在传输线的三个几何参数中，几何因子对传输性能影响最大。     

求解三种导体构形中相对论电子形成的空间电荷限制流

在无横向磁场作用下，真空中损失到金属导体阳极表面的空间电荷限制（SCL）流将达到最大。在无限大平板构形导体中，这个最大的SCL流只与阴阳极电压和间距相关；而对于在磁绝缘传输线（MITL）中广泛应用的同轴圆筒和共顶点同轴圆锥构形，其最大SCL流还与导体的几何因子及极性参量有关。研究这3种典型构形的最大SCL流，是研究横向磁场对SCL流影响规律的起点，是设计同类MITL构形的基础。     

磁绝缘传输线损失电流等效电路模型

在粒子模拟的基础上,结合经典空间电荷限制流、磁绝缘临界电流的理论公式,拟合得到磁绝缘传输线中空间电荷限制流的修正计算公式,并进一步建立磁绝缘传输线损失电流的插值计算模型。该模型不需要求解广义泊松方程,计算效率高。通过对长同轴磁绝缘传输线的等效电路模拟,得到了与全尺寸粒子模拟结果基本一致的负载电压波形,插值计算模型不仅正确地反映了磁绝缘传输线中的电流损失过程,而且其等效电路模拟计算效率比粒子模拟提高3000倍以上。     

4层圆盘锥形磁绝缘传输线的等效电路模型

 根据磁绝缘特征将PBFA Z加速器的4层圆盘锥形磁绝缘传输线结构分成几段串联的集中电感，结合磁绝缘临界电流、空间电荷限制流、Mendel磁压力平衡及丝阵内爆动力学等计算模型，并引入主要的结构参数，建立4层圆盘锥形磁绝缘传输线的等效电路模型，模型计算结果与实验结果、其它模型计算结果符合较好，模型可以用于定性或半定量设计及分析类似结构的磁绝缘传输线。     

空间电荷限制流与传导电流的定量关系

 从空间电荷限制流假设、Poisson方程及电子正则动量守恒关系出发，推导了平板形、同轴圆柱和共顶点同轴圆锥三种导体构形的空间电荷流随传导电流变化的广义Poisson方程，给出了求解方法及解的基本特征，分析比较了三种导体构形空间电荷限制流的基本性质。通过推导，计算和分析可得：各种电压条件下传导电流对空间电荷限制（SCL） 流的作用效果不一样，电压越高传导电流提高磁绝缘程度的作用越显著；当几何因子(即高阻抗)较小时其它两种导体的SCL流与平板形相差较大，几何因子较大时与平板形十分接近；同样电压条件下负极性的SCL流比平板形小、正极形正好相反，而相同几何因子条件下同轴圆筒的SCL流比共顶点同轴圆锥的小；在分析研究低阻抗MITL时，采用SCL流的平板近似不会带来大的误差。在描述时变脉冲作用于MITL时，可以通过对SCL流随电压、传导电流变化的曲面函数插值的方法确定各个时刻的磁绝缘状态。     

磁绝缘电压叠加器功率流的电路计算方法

以已建成的10级直线变压器驱动源系统为依托,以传输线计算方法为基础,通过引入空间电荷限制流和磁绝缘流阻抗模型,对感应电压叠加(IVA)真空功率流的电路计算方法进行了探索,开发了包含磁绝缘过程的全电路计算程序,提供了一种快速评估该IVA系统真空功率流的方法。计算结果表明:对磁绝缘状态下流阻抗的描述是该方法准确计算的关键;解决好算法的数值稳定性,避免数值振荡的发生,是将这一方法推广应用的重要前提。     

15 MA Z箍缩装置真空磁绝缘传输线损失电流的电路模拟

采用TL-code电路编码方法,建立了15 MA Z箍缩装置多层圆盘锥磁绝缘传输线的全电路模型,分析了外磁绝缘传输线、汇流柱和内磁绝缘传输线三个区域电流损失特性.外磁绝缘传输线磁绝缘形成过程的空间电荷损失持续时间约30 ns,对负载电流影响小.进入磁绝缘稳态时,外磁绝缘传输线末端鞘层电子流损失约300 k A.汇流柱区域电流损失与电极等离子体运动速率密切相关,当等离子体运动速率为21 cm/μs时,负载峰值电流时刻损失电流约4 MA.内磁绝缘传输线电流损失取决于阳极离子流种类,电流损失在负载峰值电流时刻之后,损失电流约2.1 MA.当15 MA装置驱动长度2 cm、半径2 cm、质量3 mg丝阵负载时,绝缘堆峰值电流约18 MA,负载峰值电流约13.5 MA、峰值时间(0—100%)约为100 ns.     

磁绝缘传输线电流损失的计算方法

 磁绝缘传输线电流损失的计算方法是丝阵Z箍缩电路模拟的关键问题之一。以传输线模拟方法TLCODE为基础,将磁绝缘传输线分成若干段有损传输线单元,每个单元由一段无损传输线及一个对地损失电阻组成,根据磁绝缘准则判断单元的磁绝缘状况,磁绝缘形成之前损失电流由空间电荷限制流与传导电流的定量关系来计算,磁绝缘形成之后则根据阻抗匹配关系及流动阻抗模型来计算;同时将丝阵负载内爆动力学方程与TLCODE表达式、流动阻抗方程进行耦合,可求解磁绝缘传输线、丝阵负载在电压脉冲作用下全时空域的动态响应特性。     

悬摆法测量气体推进剂激光推进冲量耦合系数

 给出了悬摆法测量激光推进冲量耦合系数的原理，分别以空气、氩气、氮气和氦气为推进剂，用悬摆法测量了抛物形推力器在能量不同的单脉冲TEA CO₂激光辐照下的冲量耦合系数。实验结果表明：氩气的冲量耦合系数最高，氦气的冲量耦合系数最低；在实验测试的激光能量范围内，4种推进剂气体的激光推进冲量耦合系数基本上都随着激光能量的增加而线性增大，冲量耦合系数的相对误差为5.4%~6.4%。实验结果与国外相关实验结论一致。     

Pressure–velocity coupling allowing acoustic calculation in low Mach number flow

Low Mach number flow computation in co-located grid arrangement requires pressure–velocity coupling in order to prevent the checkerboard phenomenon. Two broad categories of pressure–velocity coupling methods for unsteady flows can be distinguished based on the time-step dependency of the coupling coefficient in the definition of the transporting velocity on a face of a control volume. As an example of the time-step independent category, the AUSM⁺-up scheme is studied. As an example of the second category, Rhie–Chow momentum interpolation methods are studied. Within the momentum interpolation techniques, again two broad categories can be distinguished based on the time-step dependency of the coupling coefficient used for unsteady flow computations, but when a steady state is reached. Variants of Rhie–Chow interpolation methods in each subcategory are studied on critical test cases. The result of the study is that for a good representation of unsteady flows containing acoustic information, the pressure–velocity coupling coefficient must explicitly depend on the time-step, but that the transporting velocity must become independent of the time-step when a steady state is reached.     

激光驱动飞片加速特征分析

在激光驱动飞片研究中,飞片的加速特征是需要认识的关键问题之一。设计了强激光作用金属膜驱动飞片实验,采用聚偏氟乙烯（PVDF）压电薄膜测量了飞片到达不同距离的时间,计算得到飞片速度和加速度,分析激光能量对飞片加速性能的影响。基于Gurney能理论,建立了激光驱动飞片速度的计算模型,根据实验结果获得了激光能量损失系数和有效吸收系数,分析了激光能量和膜体厚度对飞片速度的影响。实验结果表明:不同激光能量下飞片的加速特征基本相似,激光能量变化对飞片的加速时间影响较小; 激光能量较大的情况下,膜体厚度对飞片最大速度、能量耦合系数的影响更显著; 当膜体超过一定厚度时,能量耦合系数不再增加。     

大气模式下多脉冲激光推进的数值模拟

 研究了大气模式激光推进中多脉冲推进的冲量耦合系数低于单脉冲推进的冲量耦合系数的机理。将飞行器设为可动模型，利用商业软件FLUENT的动网格方法对多脉冲推进进行了数值模拟，解决了已往分段计算中忽略后期流场信息造成的偏差大的问题。结果表明：多脉冲推进的平均冲量耦合系数随脉冲数的增多而降低，但是下降趋势渐缓，计算结果与实验相符；气体开始逃逸之后的后期流场与飞行器的相互作用对推进性能的影响不能忽略。     

斜抽运无机液体激光器的流场热分布

激光二极管斜抽运的多增益段串接的液体激光器能够明显地提高激光光束质量、获得较高的输出功率.针对斜抽运子增益段工作时所涉及的流动、传热和壁面耦合,建立了计算子增益段流场热分布的流-热-固耦合模型,应用有限单元法完成了其瞬态流场热分布的数值模拟.该方法排除了不精确的换热系数对计算结果的影响,使得换热系数不再是计算的先决条件,而只是计算结果之一,并且为评价流道形状、流速、吸收系数等因素对流场热的影响,以及进一步改进和控制液体激光介质的流场热分布,提供了可靠的分析方法.数值模拟研究表明:换热系数是空间位置的函数,     

激光脉冲重复频率对冲量耦合系数的影响

 设计了触发间隔从100 ms到5 ms可调的双脉冲触发器驱动TEA CO₂激光器高压开关，用以模拟激光器不同的输出脉冲重复频率。用该装置精确控制的不同激光脉冲重复频率下，对抛物面型光船模型进行了大气模式激光推进中冲量耦合系数的实验研究。发现冲量耦合系数随着重复频率的增加而下降，而单位时间内光船获得的冲量耦合系数的增量则随着重复频率的增加而增大。初步分析认为，这是由于飞行器内的空气未得到充分的补充造成的。     

Laser impulse coupling at 130 fs

We measured the momentum coupling coefficient C_m and laser-generated ion drift velocity and temperature in the femtosecond (fs) region, over a laser intensity range from ablation threshold to about one hundred times threshold. Targets were several pure metals and three organic compounds. The organic compounds were exothermic polymers specifically developed for the micro-laser plasma thruster, and two of these used “tuned absorbers” rather than carbon particles for laser absorption. The metals ranged from Li to W in atomic weight. We measured time of flight (TOF) profiles for ions. Specific impulse reached record values for this type of measurement and ablation efficiency was near 100%. These measurements extend the laser pulsewidth three orders of magnitude downward in pulsewidth relative to previous reports. Over this range, we found C_m to be essentially constant. Ion velocity ranged from 60 to 180 km/s.     

玻璃陶瓷PWG中的喇曼耦合系数对Raman散射的影响

应用修正的无序诱导散理论模型讨论了玻璃陶瓷（PbF2 WO3 GeO(PWG)中的喇曼耦合系数对Raman散射过程的影响。虽然普遍认为喇曼耦合系数是随频率而变化,但实际上它是空间相关函数的Furier分量,因此,严格地讲喇曼耦合系数是随动量（波矢q)而变化的,因而,玻璃陶瓷中的喇曼耦合系数描述了在Raman散射过程中发生在玻璃陶瓷中的动量交换相互作用。对于PWG中热活性拓动态的光谱分布曲线分析说明：指数衰减关系的卷积定性地表示了这个耦合系数。证明了简谐势与耦合系数有关的空间相关函数之和给出了非常类似于双阱势的畸变谐函数,根据弛豫模行为讨论了结合势的相关性。     

激光烧蚀掺杂金属粉工质的推进性能

 为结合金属高比冲和聚合物工质高冲量耦合系数的优点,为激光推进光船优选工质,对掺入金属粉末的聚甲醛(POM)工质在CO₂激光辐照下的推进性能开展了实验研究。结果表明：在一定的条件下金属粉末能提高工质的推进性能。掺入微米铝粉的聚甲醛工质的冲量耦合系数最大值由12×^-5 N/W提高到21.72×10^-5 N/W,在直筒结构的约束下,最高冲量耦合系数和比冲分别提高到61.64×^-5 N/W和727.32 s,能量利用率超过了100%,表明工质参与了化学反应。     

Formation of linear momentum in a rod during a laser pulse–matter interaction

Recently, we developed an optodynamic experimental technique that makes it possible to measure the linear momentum obtained by a metal target sample in the shape of a rod during a nanosecond laser pulse interaction in the ablative regime. The height of the rod’s rear end axial step-like displacement, caused by the first reflection of the laser-generated ultrasonic wave, is proportional to the linear momentum acquired by the rod. In comparison with commonly used ballistic methods, we can determine the acquired momentum on a much shorter time scale corresponding to the wave transition time, from the front to the rear end of the rod. Using this method we investigated the ambient air pressure dependence on the formation of linear momentum over a laser intensity range, from the ablation threshold to values about ten times higher. Steel rods of various diameters were used to demonstrate the effect of an expanding blast wave which delivers additional momentum to the target, when the laser beam on the target surface is smaller than the target itself. The typical value of the acquired target momentum is on the order of μN s and 10 μN s/J for the momentum coupling coefficient.