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脉冲激光烧蚀推进冲量发生机理研究

作　者: 成玉国
导　师: 程谋森
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 武器系统与运用工程
关键词: 激光微推进冲量发生数值模拟羽流场照相微冲量测量
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 25次
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内容摘要

本文以激光与工质相互作用产生的冲量为研究对象,开展冲量发生数值模拟和实验研究。首先对纳秒强激光烧蚀含能聚合物冲量发生过程进行了数值研究。利用凝聚相热传导模型和热力学双温非平衡等离子体流体力学模型分析了高功率密度激光辐照下凝聚相工质与等离子体流场热力学参数随时间的变化过程。结果表明,激光作用时间内,烧蚀面处的压力达到几十兆帕,主冲量在此期间产生。其次,对烧蚀产物流场发展过程进行了照相,得到了烧蚀产物辐射光波从产生到熄灭全过程光学图像。采用具有ns分辨率的增强型CCD拍摄了烧蚀产物辐射的光波。结果表明:烧蚀流场中存在固体颗粒;大气和真空环境中等离子体持续时间有较大差别;激光脉冲作用期间及其后较短时间内产生烧蚀主冲量。最后,利用具有μNs分辨率的微冲量扭摆仪测量烧蚀冲量,结果表明,ms低功率密度激光与ns高功率密度激光烧蚀冲量发生机理存在较大差别,前者由激光沉积热效应产生的工质气体喷射是冲量发生的主要来源,后者主要来源则是瞬间电离产生的等离子体喷射。

全文目录

摘要  9-10
Abstract  10-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究背景与意义  11
  1.2 国内外激光烧蚀微推进实验研究综述  11-17
    1.2.1 激光能量注入模式研究  11-13
    1.2.2 工质研究  13-16
    1.2.3 微冲量精确测量技术研究  16-17
  1.3 国内外激光烧蚀微推进数值模拟研究综述  17-18
  1.4 论文结构安排与主要内容  18-19
第二章激光烧蚀推进一维双温模型性能分析  19-32
  2.1 激光烧蚀和羽流运动  19-20
  2.2 凝聚相烧蚀模型  20-21
  2.3 羽流区运动模型  21-26
    2.3.1 Knudsen层运动模型  21-22
    2.3.2 等离子体热力学状态  22
    2.3.3 羽流区运动方程  22-23
    2.3.4 化学反应模型  23-24
    2.3.5 热力学性质  24
    2.3.6 激光能量吸收  24-25
    2.3.7 碰撞和输运性质  25-26
  2.4 计算方法与定解条件  26-28
    2.4.1 方程离散与计算网格  26-27
    2.4.2 初边值条件  27-28
  2.5 模型验证与结果分析  28-31
  2.6 小结  31-32
第三章激光烧蚀固态工质实验研究  32-48
  3.1 激光烧蚀固态工质过程照相  32-39
    3.1.1 大气环境中烧蚀过程研究  32-37
    3.1.2 真空环境中烧蚀过程研究  37-38
    3.1.3 羽流场照相初步结论  38-39
  3.2 激光烧蚀固态工质冲量测量  39-47
    3.2.1 单脉冲烧蚀阈值图像分析  39-40
    3.2.2 微冲量测量扭摆标定  40-41
    3.2.3 ms脉宽激光烧蚀微冲量扭摆测量实验  41-45
    3.2.4 ns脉宽激光烧蚀冲量测量实验  45-47
  3.3 小结  47-48
结束语  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-53
作者在学期间取得的学术成果  53

脉冲激光烧蚀推进冲量发生机理研究

内容摘要

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