一个描述强激光驱动飞片高速运动的Gurney模型

在Gurney模型的基础上,结合变质量体系的动力学方程,提出了一种简单地描述在真空环境中强激光驱动飞片高速运动的计算模型．以强激光驱动铝飞片为例,根据一组飞片厚度（10μm）的速度实验结果,确定了模型中的激光／飞片能量耦合参数,并且通过与其他不同厚度飞片的实验结果比较表明,该模型在较宽的激光加栽强度范围内,对飞片运动的速度均有比较好的描述和预测能力,该模型具有一定的普适性．     

金属桥箔电爆炸驱动飞片过程数值模拟研究

为研究金属桥箔电爆炸等离子体驱动飞片全过程中飞片的性能特征和影响规律,建立了金属桥箔电爆炸驱动飞片全过程的多相流数值计算模型,并进行了数值模拟计算.计算中,利用了相变分数描述金属桥箔由固相到等离子体相的相态转变,采用了考虑粒子数目变化及粒子间库仑作用的高温高压等离子体状态方程描述电爆炸等离子体的形成和运动行为,采用了动网格模型描述飞片的运动.将计算结果与实验结果进行对比分析,计算得到的飞片速度值与实验值的误差小于5%,表明计算模型的准确性较好.基于该计算模型,对总面积相同的双体阵列桥箔和单体桥箔电爆炸等离子体驱动飞片过程进行了数值模拟,计算结果表明,由于阵列桥箔电爆炸过程中等离子体和冲击波的叠加汇聚作用,提高了能量转化效率,使得等离子体及冲击波流场对飞片的驱动力增加,从而提高了飞片的速度.等离子体流场对飞片表面的烧蚀厚度约为0.1μm,飞片的完整性较好.     

冲击起爆单元中飞片参数的数值模拟

为了研究飞片参数对飞片冲击起爆的影响规律,采用Lee-Tarver点火增长模型对不同材料飞片的厚度、直径冲击起爆HNS-Ⅳ炸药进行数值模拟研究,分析不同飞片参数对起爆阈值的影响.结果表明,对于直径为Φ1.57 mm×25 μm的飞片,聚酰亚胺的冲击起爆动能低于玻璃和陶瓷材料,是目前冲击起爆装置低能化设计较为理想的材料.飞片参数研究表明,在25~145 μm厚度范围内,冲击起爆炸药的飞片阈值速度随着飞片厚度的不断增大而降低,当飞片的厚度大于145 μm,飞片冲击起爆HNS-Ⅳ炸药的阈值速度无明显变化.当飞片直径为1.02~1.57 mm,飞片阈值速度随着飞片直径的增加逐渐降低,当飞片直径超过1.57 mm时,飞片冲击起爆HNS-Ⅳ炸药的阈值速度趋于一个定值.     

双脉冲Q开关激光治疗色素性皮肤病的实验研究

通过对Q开关单、双脉冲Nd∶YAG激光、红宝石激光治疗黑色纹身进行实验研究,对Q开关单、双脉冲治疗色素性皮肤病进行了比较和统计学分析,并研究了脉冲间隔、能量密度等参数对双脉冲治疗色素性皮肤病的影响.结果表明,与Q开关单脉冲激光相比,采用Q开关双脉冲激光可以在不提高激光峰值功率的前提下提高治疗色素性皮肤病的效果且减轻损伤.     

飞片存在状态对起爆过程的影响

从理论上分析了中北大学研制的飞片起爆系统小飞片产生的可能性,实验研究了小飞片的形成对整个起爆过程的影响。结果表明：飞片起爆系统能产生出飞片,而且在小飞片存在的情况下,系统的起爆能量明显高于飞片不存在的情况,且爆炸箔的电流波形图略有滞后。     

基于纳飞秒双脉冲激光的蓝宝石蚀除研究

蓝宝石作为一种典型的宽带隙半导体材料具有良好的理化特性,在机械电子、航空航天、微电子等领域具有广阔的应用前景.本文提出采用纳飞秒双束激光进行蓝宝石加工的方法,利用飞秒脉冲峰值功率高的特性,通过多光子电离与碰撞电离,激发蓝宝石表面自由电子从而提高了蓝宝石对纳秒激光的吸收率,同时利用纳秒激光能量相对较大,技术成熟的优势,实现对蓝宝石材料的高质高效加工.为了揭示纳飞秒双束激光与蓝宝石材料的能量耦合机制,采用Fokker-Plank方程、Drude模型、双温模型对飞秒激光诱发的自由电子的演化过程及自由电子与入射激光之间的相互作用进行研究,并通过有限元仿真模拟了纳飞秒双激光与蓝宝石材料相互作用的能量耦合过程与蚀除过程,分析了纳飞秒双脉冲激光作用下,不同脉冲延时下等离子浓度的时空演化规律及其对入射激光吸收系数及反射率等表面光学特性的影响规律,揭示了纳飞秒双激光高效高质加工蓝宝石材料的机理.该研究对实现蓝宝石等宽带隙半导体等脆硬材料的高质高效加工具有重要意义.     

波阻抗梯度飞片超高速发射的数值模拟

研究波阻抗梯度飞片的超高速发射特性.应用LS-DYNA有限元程序对波阻抗梯度飞片超高速发射二级飞片的过程进行了数值模拟,计算了二级飞片的压力剖面和速度曲线.研究结果表明,当梯度飞片被聚碳酸酯(Lex-an)封装时,二级飞片的最终发射速度可以达到波阻抗梯度飞片初始加载速度的1.63倍,并且所设计的波阻抗梯度飞片能够实现对二级飞片的准等熵加载.     

一种金属电爆炸驱动飞片的速度评估方法

针对爆炸箔起爆系统,建立了一套基于压电薄膜估算飞片瞬时速度的实验方法.利用压电薄膜测试了飞片的平均速度,并与1维飞片速度模型的理论结果进行比较.飞片平均速度的误差在10%以内,说明1维速度模型满足计算精度要求.同时,利用飞片速度的理论结果研究了飞片的平均速度与瞬时速度的关系,结果表明,飞片瞬时速度与平均速度近似呈正比例关系.这样就可以利用压电薄膜法估算出飞片的瞬时速度.     

气炮发射获得超高速碰撞器的数值模拟研究进展

航天器结构防护的实验研究需要将克量级的金属飞片加速到10 km/s左右的超高速状态,目前中国工程物理研究院流体物理研究所在二级轻气炮装置上对这一关键技术取得了突破性进展,成功将克量级的LY12铝飞片驱动加速到11.0 km/s,将克量级的高密度Ta和Pt飞片分别驱动加速到约10.0 km/s和9.0 km/s.本文简要回顾了我们近年来的实验研究结果,并利用研制的高精度MFPPM计算程序对气炮加载驱动超高速飞片过程进行数值模拟,给出的飞片自由面速度与实验测量结果基本一致.考虑到超高速碰撞效应涉及物质熔化、汽化和等离子状态等宽区物态方程问题,进一步发展了具有自主知识产权的LSFC欧拉型计算程序,在气炮加载驱动超高速飞片问题中对其进行了验证,其计算结果与MFPPM的计算结果基本吻合,拟进一步发展后将其应用于超高速空间碎片及其防护的数值模拟研究.     

汽车发动机排气阀脉冲激光焊接实验研究

采用YAG激光作为焊接热源,对汽车发动机排气阀的激光焊接工艺进行了实验研究。实验结果表明：对焊面的打磨、抛光和紧密接触对防止焊缝中产生过多的气孔和提高焊缝的机械性能有重要作用;激光功率密度、焊接速度、脉冲宽度和脉冲频率四个参数是实现脉冲激光焊接的关键因素。经理论推导,确定了在脉冲激光最大平均输出功率300W、单脉冲能量60J、脉冲频率5Hz、焊接速度0.75mm/s的限定条件下,最佳工艺参数组合为脉冲宽度8ms和峰值功率7.5KW。与经传统摩擦焊所得焊缝质量相比,其抗剪切强度有明显提高。     

强激光烧蚀铝靶实验及数值模拟

为研究强激光对金属铝靶的毁伤效应及作用规律,进行了不同能量强脉冲激光烧蚀铝靶实验。采用纹影高速照相技术,观察了激光作用铝靶过程中形成的溅射产物和冲击波流场,获得了不同激光能量作用下铝靶的烧蚀特征。建立了强激光烧蚀铝靶的2维计算模型,对脉冲激光作用铝靶过程进行了数值模拟计算,获得了激光脉冲能量对铝靶烧蚀深度的影响规律。对连续强激光大光斑烧蚀铝靶过程进行了数值模拟计算,对比分析了有重力和无重力作用下烧蚀深度以及烧蚀形貌特征。结果表明,在重力作用下烧蚀深度小于无重力作用下的情况,而烧蚀面积大于无重力作用下的烧蚀面积。      

双脉冲TEACO_2激光器谐振腔结构分析

本文描述了由共用同一光学谐振腔结构的两组电极产生时间间隔可调脉冲的双脉冲TEACO_2激光器,在共腔结构上研究了获得单模运转的方法,认为选择纵膜采用光栅复合腔,选择TEM_(mn)模采用平一凹稳定腔以及在光腰位置插入一定大小孔径光阑比较适宜。     

高速气流作用下两级飞行器动态分离过程研究

为研究超声速气流对分离过程的影响,开展了两级飞行器高速气流下动态分离过程的数值模拟,建立了高速气流环境下含空气阻力内弹道模型;基于嵌套网格技术,分析了不同高速气流来流速度及攻角下前级的气动与运动特性,得到了前级典型气动参数、动态分离速度及静动态分离速度差异变化规律.结果表明:在本文研究范围内,静动态分离速度差异在不同高速气流来流速度和攻角条件下变化明显.随高速气流来流速度增大,前级分离结束时刻的阻力系数、升力系数和动态分离速度减小,速度差异因子增大;随攻角增大,阻力系数、升力系数和分离速度增大,速度差异因子减小.      

激光极化态对激光等离子体中电子所受有质动力的影响

从理论上研究了线极化和圆极化超短超强激光脉冲对激光等离子体中电子所受有质动力的影响，得到了相应的解析表达式；通过单电子模型，比较了两种极化态的激光电场有质动力对电子纵向速度的影响．结果表明，线极化激光电场有质动力由于其振荡分量的存在要比圆极化对电子的加热更有效；电子因受振荡分量的作用而剧烈振荡，形成一个很强的纵向振荡静电场，产生静电场有质动力．     

单光束激光准直测量系统数学模型

以同一角速度和方向转动主动轴和从动轴时,激光束在接收器光敏面上的轨迹就会形成封闭的曲线．该曲线任一点的坐标由两轴的相对位置决定,从这一观点出发建立了激光对中的数学模型．采用单光束、一个探测器的激光对中测量仪的数据采集系统和数据处理模型,根据输入计算机的安装参数,经过较为复杂的计算与修正可求得两轴间状态参数,通过计算机可计算出被调整机器的四个机脚在水平面内与垂直面内移动的修正量,移动机器使轴对中．     

CALCULATION AND MEASUREMENT OF DYNAMIC EXPANSION OF ROVING FLYER

Roving flyer is an important part of roving frame. Its dynamic expansions affect the quality of rove greatly. The expansions are calculated by means of the general program SAP84 based on finite element method in this paper. Its measuring principle and usage are also described. The results of calculating and measuring are identical. The method presented in the paper is effective for studying the properties of roving flyer.     

脉冲激光烧蚀氩晶体颗粒的分子动力学模拟

采用分子动力学方法对氩晶体颗粒在皮秒脉冲激光照射下内部发生的传热过程以及相变现象进行模拟研究.通过记录氩原子速度和原子位置随时间的变化情况分析了颗粒内热量的传递过程,并计算了单位体积内氩原子数目的空间分布情况以及随时间的变化规律,从而分析了颗粒内部的相变过程.研究结果表明:当激光强度较低时,晶体内部仅仅发生传热过程而没有熔化发生,加入的激光能量随时间由外向内传递;当激光强度增加到足够晶体熔化的时候会发生相变,此时固液相态之间并没有明显的界面,而是存在一个纳米级别的过渡区域;当照射的激光强度增加时,过渡区域的移动速度和移动深度都将增加.     

基于超级电容的B/KNO3激光点火数值模拟

为了研究B/KNO₃（硼/硝酸钾）药剂基于超级电容驱动的激光点火规律,建立了从超级电容驱动激光二极管到激光辐照加热药剂全过程的激光点火时域模型,分析了放电电压和超级电容容值及等效电阻对激光点火延时的影响,基本揭示了基于超级电容的B/KNO₃激光点火特性和规律.仿真结果表明,随超级电容放电电压、容值的增加及超级电容等效电阻的减小,激光输出功率与能量均显著增加,激光点火延迟时间缩短,点火能量显著下降.仿真结果可为基于超级电容的激光快速点火设计提供依据及技术支撑.