铝制旋转抛物面型激光推力器温度效应的实验研究

研究了激光推进中铝制旋转抛物面型推力器的温度变化情况。采用脉冲TEA-CO2激光器作为推进光源,用响应较快的K型热电偶丝作为温度传感器,分别在大气呼吸和烧蚀两种工作模式下,研究了抛物面上不同点的温度分布情况,以及脉冲个数和环境气压对抛物面温度的影响。文中对冲量耦合系数和气压的关系也作了研究,并将其与温度联系起来。结果发现在旋转抛物面的顶点处温度为最高,随离顶点距离的增大而减小。在大气呼吸和烧蚀两种模式下,抛物面温度随着激光脉冲个数增加,但增加的斜率逐渐减小,有饱和的趋势。在激光脉冲个数确定的条件下,大气呼吸模式的温度随气压的减小先增大后减小,出现一个峰值;烧蚀模式则随气压的减小而增大。在大气呼吸模式下,冲量耦合系数随着气压的减小先略为增大而后迅速减小,在约0．5atm处出现了一个弱峰;在烧蚀模式下,冲量耦合系数随气压减小迅速升高,在气压低于0．5atm后,几乎为定值。     

烧蚀模式激光推进的数值模拟

采用针对高温气体（等离子体）电离度的一种近似计算方法,以及具有五阶精度的广义Godunov差分格式-加权本质无振荡格式WENO（weighted essentially non-oscillatory schemes）,给出了高温气体状态方程的简便描述,并考虑激光与等离子体的相互作用,模拟了强激光与固体靶相互作用时激光支持靶面等离子体流场的动态物理过程,并给出了不同参数条件下激光烧蚀固体靶的推进效应参数（冲量耦合系数等）。计算结果及与实验结果的对比表明,靶材料和激光参数（功率密度、波长、脉冲宽度等）是影响推进效应的主要因素,并且计算结果具有较高的精确度。     

吸气式激光推进推力产生机理的数值模

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。     

激光水推进技术的实验研究

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。     

激光对涂层玻璃钢材料的烧蚀阈值实验研究

介绍了玻璃钢材料的特性。用连续ＹＡＧ激光辐照不同防火涂料层的玻璃钢材料,进行烧蚀阈值的实验研究。在实验中,用激光光斑仪确定激光辐照玻璃钢材料靶表面的光斑尺寸和光场分布。用红外热像仪测量了激光辐照玻璃钢材料生产的温度响应,并给出了损伤和起燃阈值。     

大气呼吸模式激光推进的机理分析及数值模拟

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。     

预应力加载下LY12-CZ激光烧蚀特性的实验与模拟研究

飞行器是激光武器的主要打击目标,对常用航空材料激光辐照响应的研究具有重要价值.本文通过实验和有限元模拟的手段,研究了预应力加载下,1080 nm连续激光烧蚀LY12-CZ铝合金的失效机理.实验结果表明,激光烧蚀沿光斑径向存在三种组织,分别为近光斑的枝晶组织、中部的等轴晶组织及远离光斑的原始组织;其中,枝晶、等轴晶组织中存在严重的Cu元素偏析,且等轴晶组织还存在较高的内应力.有限元模拟的结果表明,温度场对所施加的预应力并不敏感;烧穿孔洞形成的一个原因是局部因热软化和高水平热应力造成的屈服;预应力不能显著改变激光的烧蚀特性.     

强激光水下爆炸推进的物理机制

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.      

PVDF压力传感器标定及在激光推进实验中的应用

详细介绍了PVDF压力传感器的设计方法和2个等效测量电路.利用SHPB系统对PVDF压力传感器的动态灵敏度进行了标定,结果显示,不同并联电阻对于PVDF压力传感器动态灵敏度的影响不大,但对脉冲推力上升时间的测量结果有影响,选择较小的并联电阻可以获得更逼真的测试信号.     

固体火药的着火特性研究──激光点火实验

利用１０．６ｍ　ＣＯ＿２激光作热源，在常压下对不同的固体火药［黑火药，１１／７，６／７松樟（５％）（表面经松香障脑处理）及６／７松石（表面经松香石墨处理）］进行了点火试验，研究了发射药，特别是阻燃药的看火性能。实验中采用光电二极管和热电偶测量点火延迟时间及火药表面温度变化，结果令人满意。     

飞秒激光对金属材料表面烧蚀区的XRD分析

在激光脉冲宽度为30fs,重复频率为10Hz,靶面处激光功率密度为1013W/cm2条件下,开展了真空中飞秒激光对铝、铜材料的烧蚀效应研究。对材料表面烧蚀区进行X射线衍射分析的结果表明,材料的表面烧蚀区没有发生相变,X射线的反射强度发生变化,但该区晶面对X射线的反射强度随激光功率密度的增加发生了变化,其衍射峰处出现了明显的展宽并出现分叉,说明该区域的不同晶面对飞秒激光的吸收具有明显的取向作用。     

激光烧蚀下不同颗粒度Al-teflon的反应行为

为研究不同颗粒度对Al-teflon反应行为的影响,以颗粒度25μm、1μm和20～200 nm的Al粉和微米级Teflon粉混合制备的反应材料为研究对象,基于脉冲激光烧蚀实验,结合ICCD相机和光谱仪对反应过程中的自发光成像和发射光谱进行瞬态观测。研究结果表明,Al-teflon反应材料在激光烧蚀下的反应行为体现出典型的二次反应特征,具有持续燃烧特征和明显的后燃效应,也具有较长的能量释放时间;同时,其反应行为与Al粉颗粒度密切相关:初始阶段,反应随Al粉颗粒度的降低加剧,随着反应的进行,纳米级Al粉对应的反应材料后续反应能力逐渐下降,反应强度和反应时间都小于1μm铝粉对应的反应材料。     

抛物面型激光推力器的热力冲击响应

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。     

纳秒脉冲激光烧蚀非晶合金的研究进展

非晶合金是一类原子排列处于长程无序状态的新型结构材料,具有一系列优异的力学和物理性能,从而有望应用于国防、空天等关键领域.在这些领域的应用中,非晶合金易受到强激光或空间等离子体的作用而失效.同时,非晶合金在高能激光辐照下的结构响应本身也极具科学意义.因此,近年来这方面的研究得到了越来越多的关注.论文将重点关注纳秒脉冲激光对非晶合金在大气和水环境下的烧蚀,针对熔化、流体动力学失稳、爆炸沸腾、气泡动力学等烧蚀过程中的几种典型现象,简要介绍相关的实验和理论研究进展.最后,对未来值得进一步研究的方向进行了概述.     

飞秒激光辐照铝材料的分子动力学数值模拟

采用大尺度分子动力学方法对飞秒激光辐照金属铝材料的效应进行了数值模拟。利用分子动力学方法给出了飞秒激光辐照后,材料表面发生熔化和喷溅,冷凝后形成一层很薄的多孔介质的物理图像,及产生的应力波传播过程等。数值模拟结果表明分子动力学方法可以用于飞秒激光对材料辐照效应的研究。     

脉冲爆轰发动机技术的原理和实验研究进展综述

脉冲爆轰发动机是一种新概念引擎,具有热循环效率高的显著优点。介绍了脉冲爆轰发动机的基本工作原理、优点和军用、民用上的广阔前景;综述了脉冲爆轰最新的实验研究进展;讨论了单循环爆轰的工作过程以及试验研究脉冲爆轰的主要难点。     

2007年激光市场和技术

本文叙述了2007年激光市场及相关的技术状况。2007年的激光市场规模预计为60亿美元，比去年增加8%。半导体激光器的销售额占总数的一半以上。半导体激光器的主要应用是光学数据储存和长途光通讯。非半导体激光器具有比较强大的激光能力和广泛的应用，但是比较复杂。非半导体激光器主要用于与半导体及汽车商业有关的材料加工。非半导体激光器的第二个用途是与整容化妆有关的医学治疗。光纤激光器是最有魅力的非半导体激光器。     

2007年激光市场和技术

本文叙述了2007年激光市场及相关的技术状况.2007 年的激光市场规模预计为60亿美元,比去年增加8%.半导体激光器的销售额占总数的一半以上.半导体激光器的主要应用是光学数据储存和长途光通讯.非半导体激光器具有比较强大的激光能力和广泛的应用,但是比较复杂.非半导体激光器主要用于与半导体及汽车商业有关的材料加工.非半导体激光器的第二个用途是与整容化妆有关的医学治疗.光纤激光器是最有魅力的非半导体激光器.     

激光冲击喷丸与激光辐照LY12铝合金材料拉伸力学行为的实验研究

为了研究激光冲击喷丸与激光辐照处理后LY12铝合金材料的微尺度变形特点和失效机理,对经过不同激光功率密度处理后的LY12铝合金材料,在扫描电镜下进行了原位拉伸力学行为和失效机理研究。在扫描电子显微镜（SEM）下,得到各组试件的拉伸载荷曲线和不同载荷下的微观区域图像,并利用数字图像相关技术进行不同载荷下的微观区域全场变形分析,并对拉伸断口形貌也进行了分析。研究表明：激光处理的功率大小对LY12铝合金拉伸最大载荷有明显的影响,激光处理的交界处有较强的应变集中。