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相似文献
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1.
吸气式激光推进推力产生机理的数值模   总被引:13,自引:0,他引:13  
采用二阶精度的Roe格式,分别采用完全气体模型和高温平衡气体模型,对激光引致的激波在流场中的传播以及轴对称激光推力器的推力产生过程进行了数值模拟,揭示了大气吸气模式激光推进的推力产生机理。结果表明,采用高温平衡气体模型可以更精确地模拟等离子体流场的演化过程,计算所得的冲量耦合系数与已有实验结果吻合较好。  相似文献   

2.
抛物面型激光推力器的热力冲击响应   总被引:1,自引:0,他引:1  
通过实验、机理分析和数值模拟系统地分析了大气模式激光推进中抛物面型推力器的热力冲击问题。在分析激光推进中存在的4种热载荷(入射、辐射、透射和运流)的基础上,建立了相应的热力耦合动态计算方法。多脉冲推进的计算温升与实验结果吻合。计算表明,入射吸收和高温辐射是造成抛物面型激光推力器温升的主要原因,并预测推力器在熔化前首先发生拉伸破坏,揭示了激光推进中热力冲击破坏的机理和严重性。  相似文献   

3.
大气呼吸模式激光推进的机理分析及数值模拟   总被引:18,自引:0,他引:18  
龚平  唐志平 《爆炸与冲击》2003,23(6):501-508
就大气呼吸模式的推进机理作了较为系统的分析和研究,导出了考虑反射面几何约束的冲量及冲量耦合系数的近似解析表达式。在数值模拟方面,采用前期点爆炸自模拟解和后期高分辨率PPM格式相结合的新方法,计算了固定的抛物面反射镜聚焦入射平行激光击穿空气形成的高温等离子体流场及其对反射面产生的推动作用。结果表明,推进效应(飞行器获得的推力、总冲量、冲量耦合系数等)与反射面的几何参数和入射激光强度密切相关。83J的激光单脉冲能量算例得到的冲量耦合系数为246Ns/J,略高于同种工况下W.O.Schall等实验得到的耦合系数。  相似文献   

4.
为了提高三阶WENO-Z格式在极值点处的计算精度,通过理论推导给出三阶WENO格式满足收敛精度的充分条件。采用泰勒级数展开的方式,推导给出所构造格式非线性权重的计算公式,并综合权衡计算精度和计算稳定性确定所构造格式的参数。通过两个典型的精度测试,验证了改进格式在光滑流场极值点区域逼近三阶精度。进一步选用激波与熵波相互作用和Richtmyer-Meshkov不稳定性等经典算例,证实了本文提出的改进格式WENO-PZ3相较其他格式(WENO-JS3和WENO-Z3)不仅具有较高的精度,而且降低了格式的耗散,提高了对流场结构的分辨率。  相似文献   

5.
脉冲激光等离子体与超声速流场相互作用在飞行器减阻隔热、点火助燃等方面具有重要的应用价值.纹影实验方法只能定性或半定量地反映流动状态.为定量研究速度分布和旋涡结构,针对激光等离子体及其与正激波相互作用过程开展粒子图像测速PIV实验研究.在激波管实验平台上建立了纳秒脉冲激光能量沉积系统和PIV测量系统,通过定量测量,探明了激光等离子体引致的激光空气泡以及热核的流动特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并给出了激光能量大小和位置对相互作用过程的影响.结果表明:激光空气泡内的速度分布在激光入射方向上并不关于击穿点对称,而是在靠近激光入射方向一侧的流速略大于远离激光入射方向一侧;斜压导致热核在演化初期产生涡环,后期则由剪切主导;正激波与激光空气泡界面、热核界面相互作用时,产生斜压涡量,当激光能量为87.8 mJ、正激波马赫数1.4时,热核在正激波作用下产生的涡量比在静止空气中演化时大1个数量级;激光与正激波相互作用的关键过程是热核在正激波冲击下演化成涡环,在激波波前注入激光能量能够获得更加显著的涡环.  相似文献   

6.
为了开展激光选区熔化(SLM)增材制造钛合金的动态力学性能研究,分别采用热模拟材料试验机、分离式霍普金森压杆装置对激光选区熔化钛合金在不同温度下进行了准静态和动态压缩实验,并基于实验结果拟合Johnson-Cook本构模型,同时对钛合金在高温、高应变率下的力学行为进行了有限元模拟。结果表明,相对于铸造或锻造钛合金,激光选区熔化钛合金具有更细小、均匀的组织,使其屈服强度有明显的提升,且表现出明显的应变率强化效应和热软化效应。有限元模拟结果与实验有着较高的重合度,进一步验证了本构参数的有效性,为扩大激光选区熔化技术及其产品的应用提供了理论基础。  相似文献   

7.
王殿恺  文明  王伟东  卿泽旭 《力学学报》2018,50(6):1337-1345
纳秒脉冲激光具有峰值功率密度高、易于击穿空气形成等离子体这一突出优势,在降低超声速波阻方面具有重要应用价值.以深刻揭示减阻机理为目的,针对激光与正激波相互作用这一基本物理现象开展实验研究.发展高精度纹影技术以测量复杂激波结构,时间分辨率达到 30ns,空间分辨率达到 1mm;搭建快速~PIV 实验系统以定量测量流场速度和涡量,时间分辨率达到 500ns.探明了激光等离子体引致的球面激波和高温低密度区域特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并结合数值模拟结果阐明了脉冲激光等离子体降低超声速波阻的根本原因.研究表明:激光等离子体引致激波的初始马赫数随着激光能量而增大,形状由水滴形逐渐发展为球面形,传播速度随着时间降低,在50$\mu$s 后接近于声速;高温低密度区域初始近似于球形,而后从激光入射方向的下游开始失稳,形成尖刺结构;在正激波冲击下,高温低密度区域演化为上下对称的双涡环结构,尺寸随着激光能量而增大.涡的卷吸和逆流可改变飞行器头部激波结构,是流场重构的重要形式,引起飞行器表面压力的大幅降低,是引起超声速飞行器波阻降低的重要机理.   相似文献   

8.
对激光水下聚焦爆炸推进的作用机理开展了实验测量和数值模拟研究. 实验观察到激光水下聚焦爆炸推进分为两个物理过程: (1) 强激光与铝膜相互作用诱导等离子体演化, 产生短脉冲、高幅值的等离子体压力, 并对航行体做功; (2) 激光爆炸产物气泡脉动, 对航行体继续提供推力. 另外, 实验还对不同介质中的激光推进效率以及气泡与约束壁面/自由水面相互作用的物理机制进行了研究. 发现在高阻抗环境介质、气泡受约束脉动以及近自由水面条件下, 激光爆炸推进的效率更高. 在实验的基础上, 建立了激光水下聚焦爆炸推进的物理模型, 发展了相应的耦合数值计算方法. 计算得到的气泡脉动规律及航行体运动规律与实验测量结果一致, 验证了计算的模型和方法, 为强激光水下聚焦爆炸推进机理的研究提供了一种有效的方法.  相似文献   

9.
首先基于系统能量守恒条件,提出了一种计算蒸气等离子体压力的一维耦合计算模型。模型中不 仅考虑了蒸气等离子体界面压力与质点速度的非线性效应,同时也考虑了界面烧蚀所致的运动速度,将蒸气 等离子体的膨胀与约束介质的变形耦合。在耦合模型的基础上,采用显式差分计算程序与显式有限元计算程 序LS-DYNA互相迭代求解的方法,对不同激光功率密度分布下的蒸气等离子体压力进行了计算。结果表 明,计算结果与实验测量结果具有很好的一致性,证明了计算模型的合理性。  相似文献   

10.
固体发射药等离子体点火过程及弹道效应分析   总被引:4,自引:0,他引:4  
总结了常规火炮点火的现状,分析了固体药电热化学炮(SPETC)点火的潜在优势,并对等离子体点火过程中存在的燃速增强机理进行了讨论。作为等离子体点火的弹道效应分析,利用电热增强固体药内弹道、等离子体发生器、脉冲功率源三者的耦合编码,计算了不同点火功率、不同毛细管径对SPETC炮弹道性能的影响。  相似文献   

11.
激光水推进技术的实验研究   总被引:4,自引:0,他引:4  
激光水推进技术是一种新概念的推进技术,其原理是以水作为推进工质,通过强激光辐照后水的爆炸、反喷进行驱动,具有很高的冲量耦合系数Cm。本文介绍了以硬铝LY12、黄铜、45号钢和石墨作为基板,通过改变基板表面蓄水槽的深度(0mm,3mm,5mm)进行了较系统的激光水推进实验,研究了不同材质基板和不同水槽深度对推进效能的影响,结果表明,蓄水槽深度为3mm的铝基板的Cm最高,达到了350dyne/w,比直接烧蚀提高了2个量级。通过分析实验数据还初步总结出:推进过程中,基板喷射产物颗粒越细,水推进的Cm就越大;对于金属基板,Cm随板材原子量的增加而减小。  相似文献   

12.
We have begun to use 350–500 kJ of 1/3-micron laser light from the National Ignition Facility (NIF) laser to create millimeter-scale, bright multi-keV x-ray sources. In the first set of shots we achieved 15%–18% x-ray conversion efficiency into Xe M-shell (∼1.5–2.5 keV), Ar K-shell (∼3 keV) and Xe L-shell (∼4–5.5 keV) emission (Fournier et al., Phys. Plasmas 17, 082701, 2010), in good agreement with the emission modeled using a 2D radiation-hydrodynamics code incorporating a modern Detailed Configuration Accounting atomic model in non-LTE (Colvin et al., Phys. Plasmas, 17, 073111, 2010). In this paper we first briefly review details of the computational model and comparisons of the simulations with the Ar/Xe NIF data. We then discuss a computational study showing sensitivity of the x-ray emission to various beam illumination details (beam configuration, pointing, peak power, pulse shape, etc.) and target parameters (size, initial density, etc.), and finally make some predictions of how the x-ray conversion efficiency expected from NIF shots scales with atomic number of the emitting plasma.  相似文献   

13.
根据水母游动原理扩展设计了一种仿生推进装置,该装置以曲柄滑块机构驱动剪式结构串联体、两端仿生合页式翼盘,实现大行程直线往复运动的仿生推进.在数值分析的基础上,根据仿生推进装置运动的特点,运用直线位移与拉压力传感器,对翼盘在水中运动时的推进力及运动位移进行测试和数据采集.考虑运动过程中翼盘速度变化,运用FLUENT软件对不同张角的翼盘产生的推进力进行数值仿真.通过仿真与试验分析,并以推进力最大化为原则,确定了翼盘最大张角为160°,推进力仿真值与实际测试值基本吻合,初步验证了所提出仿真方法准确性.  相似文献   

14.
The paper presents an approximate kinetic theory model of ablation of carbon by a nanosecond laser pulse. The model approximates the process as sublimation and combines conduction heat transfer in the target with the gas dynamics of the ablated plume which are coupled through the boundary conditions at the interface. The ablated mass flux and the temperature of the ablating material are obtained from the assumption that the ablation rate is restricted by the kinetic theory limitation on the maximum mass flux that can be attained in a phase-change process. To account for non-uniform distribution of the laser intensity while keeping the calculation simple the quasi-one-dimensional approximation is used in both gas and solid phases. The results are compared with the predictions of the exact axisymmetric model that uses the conservation relations at the interface derived from the momentum solution of the Boltzmann equation for arbitrary strong evaporation. It is seen that the simpler approximate model provides good accuracy.  相似文献   

15.
The nonlocal theory of the radiative energy transport in laser‐heated plasmas of arbitrary ratio of the characteristic inhomogeneity scale length to the photon mean free paths is applied to define the closure relations of a hydrodynamic system. The corresponding transport phenomena cannot be described accurately using the Chapman–Enskog approach, that is, with the usual fluid approach dealing only with local values and derivatives. Thus, we directly solve the photon transport equation allowing one to take into account the effect of long‐range photon transport. The proposed approach is based on the Bhatnagar–Gross–Krook collision operator using the photon mean free path as a unique parameter. Such an approach delivers a calculation efficiency and an inherent coupling of radiation to the fluid plasma parameters in an implicit way and directly incorporates nonequilibrium physics present under the condition of intense laser energy deposition due to inverse bremsstrahlung. In combination with a higher order discontinuous Galerkin scheme of the transport equation, the solution obeys both limiting cases, that is, the local diffusion asymptotic usually present in radiation hydrodynamics models and the collisionless transport asymptotic of free‐streaming photons. In other words, we can analyze the radiation transport closure for radiation hydrodynamics and how it behaves when deviating from the conditions of validity of Chapman–Enskog method, which is demonstrated in the case of exact steady transport and approximate multigroup diffusion numerical tests. As an application, we present simulation results of intense laser‐target interaction, where the radiative energy transport is controlled by the mean free path of photons. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

16.
This paper presents an experimental study that has investigated the effects of the foil stiffness, inertia and oscillation kinematics on the thrust generation and efficiency of a flexible oscillating-foil propulsion system. A semi-empirical damped-oscillator model, which included a quadratic damping element, was developed and fitted to the experimental results. The model was used to develop explanations for the observed trends in the propulsive performance. For all of the foils constructed for the study, a consistent relationship between the efficiency and frequency ratio was observed. The maximum efficiency occurred at the same frequency ratio that resulted in both a beneficial phasing of the deformation with respect to the driven motion and also the maximum overall amplitude of the motion. For foils of equivalent resonant frequency operating at the same frequency ratio, the stiffer and heavier foils were found to develop greater thrust, likely because the lower effective damping allowed for a greater amplitude of the motion. Increasing the amplitude of the driven motion was found to cause the frequency ratio providing the maximum efficiency to shift towards lower values. The use of combined pitch and heave motions was shown to increase efficiency while reducing thrust compared to the heave-only case.  相似文献   

17.
自然界中鱼类尾鳍形状各种各样,但前体大部分都是扁平的椭圆形状. 该文研究了不同形状 的前体对尾鳍推进的影响. 尾鳍统一采用月牙形状; 前体采用了两种模型: A-鱼类扁平椭圆形状和B-潜艇水滴回转体形状. 通过以Strouhal数为控制参数的FLUENT数 值模拟,发现前体形状对于尾鳍的静止状态和运动状态有不同的作用,采用模型A的前体形 状更有利于长时间巡游,故鱼类采用模型A这种前体形状是自然界优胜劣汰的进化必然选择.  相似文献   

18.
鱼类经常采用垂直流向的摆动进行游动,这种摆动可以用行进波来表示.应用浸入边界方法模拟了低雷诺数条件下水翼NACA65-010在水中摆动时的流场,并研究了雷诺数对水生动物推进效率的影响.结果表明:随着雷诺数的增大,推力系数和推进效率增大,而功率系数减小;在Re20时,推力系数,推进效率和功率系数的变化尤为剧烈.随雷诺数增加,由于水翼摆动诱导的流场变化也更加复杂,水翼后缘处的涡量场强度逐渐增强.摆动诱导反卡门涡街产生推力.  相似文献   

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