航空结构钢激光辐照提高疲劳强度的研究

对激光辐照的温度场进行了分析与计算。以此为依据,针对典型的航空结构钢３０ＣｒＭｎＳｉＡ和３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ的典型试件,采用了优化的参数和方式进行激光辐照,并进行了疲劳试验。结果表明：两种材料的疲劳寿命均有明显提高。从而证明,激光辐照强化是。一项提高航空结构钢疲劳性能的有效表面强化工艺。     

激光推力器材料耐热性能的数值分析

推力器是激光推进的重要部件,推力器材料的选择需要充分考虑其承受强激光辐射后的耐热性能,避免被熔化破坏。基于激光辐照一维加热熔化模型,提出了高精度和快速的温度场计算方法,研究了强激光辐照推力器材料时的熔化时间,材料表面及内部温度场分布,进一步提出了材料优选的原则:低激光吸收率、高热传导率。以部分典型材料为实例,对耐热性能进行了对比分析,并给出了较好的推力器材料。     

高亚声速近壁流场模拟装置研究

采用计算流体力学方法对用于激光辐照热效应实验研究的高亚声速流场模拟装置的近壁流场进行了数值计算,分别针对靶材固壁为平面和弧面的情况比较了实验区无侧板和有侧板时的流场品质,结果表明侧板与靶材固壁构成的半开放槽道能够形成更大范围的均匀流实验区。根据数值计算优化的实验区结构参数研制了流场模拟装置,流场校测结果与数值计算符合良好,流场品质能够满足激光辐照热效应实验研究的要求。     

激光输能无人机的概念研究

激光输能无人机(UAV)由于飞行高度高和续航时间长等优势得到关注.从激光输能角度,基于无人机质量评估模型,建立了激光辐照功率密度和无人机输出功率以及飞行性能之间的函数关系.以Sky Sailor太阳能无人机为例,计算分析了激光输能无人机和太阳能无人机的升限和飞行包络.结果表明由于激光辐照功率密度大和光/电之间能量转化效率高,与太阳能无人机比较,可携带的有效载荷更大、升限更高、爬升和抗扰能力更强;随着激光辐照功率密度增大,即使电子设备和有效载荷的质量和功耗都增大,飞行包络很宽,同时,飞行速度增大,但实际升限有所降低.     

激光对红外制导反舰导弹的干扰与损伤分析

计算了激光斜程传输时的大气透过率,研究了激光对光电探测器的干扰和破坏。以1.06μm激光辐照PV型HgCdTe红外探测器为例,估算了对远距离红外制导反舰导弹实现有效干扰所需发射的激光能量,从理论上证明了低能量激光对红外制导反舰导弹的干扰与损伤的可行性。     

典型激光波长对纳秒激光烧蚀铝靶冲量耦合特性的影响

为研究532nm和1064nm两种典型激光波长对纳秒脉冲激光烧蚀铝靶冲量耦合特性的影响,在建立的热传导模型和羽流膨胀流体动力学模型基础上,加入了在激光烧蚀过程中靶材吸收系数、热导率和反射率等光学和热物理参数的变化,考虑了形成的等离子体羽流对入射激光的屏蔽作用因素影响,从而建立了一个复杂的一维纳秒激光烧蚀铝靶冲量耦合物理模型。通过计算,获得了两种激光波长辐照下,烧蚀过程中烧蚀参数和物理参数的变化,分析等离子体羽流对入射激光的屏蔽效应,进一步分析得到对冲量耦合特性的影响。结果表明:短波长激光不仅有利于激光与靶材的能量耦合,同时,短波长激光辐照下形成的等离子体羽流对短波长入射激光吸收率也较低,有利于提高靶的冲量耦合;在等离子体形成初期,即等离子体吸收率较低时,分别达到两种激光波长辐照下的最优冲量耦合。     

激光辐照强化技术的实验研究

 本文介绍了激光辐照强化技术在材料、结构方面的研究概况。在材料激光辐照参数优选的基础上,对Y7机长桁接头进行了辐照处理,并进行了模拟疲劳实验,研究了辐照参量对疲劳寿命的影响。试验结果表明辐照强化处理能显著地提高构件的疲劳寿命。     

激光功率密度对纳秒激光烧蚀冲量耦合影响的数值模拟

为研究激光功率密度对纳秒激光烧蚀冲量耦合影响,建立了一个复杂的一维热传导和流体动力学模型。以空间碎片常见材料Al为例,用建立的物理模型数值计算了纳秒脉宽激光烧蚀产生的冲量随时间变化情况,数值结果和已有的实验数据符合较好。数值计算表明:辐照的激光功率密度越高,发生等离子体屏蔽时间越早,等离子体屏蔽越明显,能量利用率越低;随着激光功率密度的逐渐增大,获得的冲量逐渐趋于稳定,冲量耦合系数降低,数值计算结果与Phipps的最优能量耦合规律一致。      

有限边界对激光弯曲温度场的影响

通过激光点光源辐照板条表面温度场的试验和数值模拟,探讨了激光弯曲成形技术中板条内部热传导的规律,试验表明材料边界与周围环境之间的传热和其对内部材料的热传导对激光辐照下的板条表面温度场的影响显著,并可能导致材料在激光辐照下的热传导规律与经典的傅里叶热传导定律不相符合.通过将试验结果和现有理论的比较,建立了符合实际情况的有限元数值模型,进而分析了激光加工工艺参数对其温度变化的影响.     

W18Cr4V激光表面合金化熔池的形成

本文利用０－２ｋＷ连续可调ＣＯ２气体激光器对Ｗ１８Ｃｒ４钢进行表面合金化处理。在研究了激光辐照温度场模型以后，分析了金属的激光加热过程以及激光溶池内的受力和对流运动。根据组织特征考察了激光辐照后材料的凝固模式。     

激光辐照30CrMnSiNi2A钢的微观组织与疲劳性能

对30CrMnSiNi2A钢带孔板和带槽板试样进行了不同工艺参数的激光辐照,并对辐照前后试样的疲劳性能、硬化层显微组织和硬度分布作了试验与分析。试验表明,不适当的激光工艺会导致疲劳寿命明显下降,显微组织和硬度分布不良。只有在适当的激光工艺参数辐照时,才能提高30CrMnSiNi2A低合金超高强度钢的疲劳寿命。     

激光推进辐射击穿温度特性的数值研究

在9种等离子体击穿温度下,数值模拟了二次反射式聚焦系统聚焦情况下激光推力器内流场的演化过程,得到了不同击穿温度对应的能量沉积率、推力峰值、冲量和冲量耦合系数,能量沉积率和推进性能参数在某个等离子体击穿温度值处发生突变。根据空气对激光的逆韧致吸收系数公式,计算了CO2激光辐照下不同等离子体击穿温度对应的空气辐射自由程,发现当等离子体击穿温度为14000K时,辐射自由程为1.4mm,与计算网格的典型尺寸相当,此时入射激光能量在一个网格内以一定效率被吸收,由此确定了基于逆韧致吸收的激光等离子体的击穿温度。     

能量密度对水工质激光推进性能的影响

当辐照激光能量密度不是很高时,在分析水工质激光推进基本物理过程的基础上,只考虑汽化过程对冲量形成过程的贡献,用一维理论模型研究了辐照激光能量密度对冲量耦合系数、比冲、能量转化效率等推进性能参数的影响规律。结果表明,随着辐照激光能量密度的增加,存在一个获得最大冲量耦合系数的最优能量密度;比冲随着能量密度的增加而变大;对于透射率一定的工质而言,随着能量密度增大,能量转化效率趋于一个恒定值。这一理论研究结果对下一步的实验研究工作具有较好的指导意义。     

激光辐照对LY12CZ铝合金疲劳断裂性能的影响

 介绍利用激光辐照处理LY12CZ铝合金的研究情况。辐照参数优选、疲劳寿命对比试验、裂纹扩展试验、位错胞运动分析都表明:辐照参数对疲劳寿命影响显著。疲劳寿命仅在特定的辐照参数范围内才能显著地增加,抗疲劳断裂能力也会较大地提高。     

激光与金属材料相互作用的热效应分析

激光与金属材料相互作用的热效应是激光束辐照材料后发生的主要物理现象之一.激光加热使材料温度急剧上升,很快达到材料的熔点.通过使用商业CFD软件FLUENT数值模拟激光辐照金属材料的相互作用,并在一定的假设和边界条件下得到金属材料未熔化之前温度场沿径向和轴向分布情况、气流最高温度的变化和位置的转移、氧化反应和对流换热对热效应的影响.     

NEPE推进剂激光辐照下点火燃烧性能研究

采用CO2激光器、高速摄像机和红外热像仪等设备研究了NEPE推进剂激光辐照下点火燃烧过程和推进剂表面温度分布,分析了激光热流密度对点火延迟时间的影响以及NEPE推进剂对激光卸载的动态响应。结果表明:增大激光热流密度可以减小点火延迟时间,当热流密度小于6.7×105W·m-2时,点火延迟时间随热流密度的增大而显著减小,而热流密度大于该值时,点火延迟时间随热流密度的增大而变化微小。激光辐照对NEPE推进剂的燃烧有显著影响,使火焰明亮并伴有大量火花,推进剂表面的温度大大提高。激光卸载后,推进剂表面温度并未立即下降,而是在短暂的迟滞后跌落,随后又出现小幅度的缓慢上升。     

激光辐照对钢试样疲劳寿命的影响

 讨论了棒形钢试样的疲劳寿命与激光辐照参量、硬度、层深间的关系。     

激光表面热处理的现状及其进展

本文介绍了激光表面热处理的特点、基本原理、工艺参数、目前的工艺水平及其进展。并指出激光辐照对提高金属构件的疲劳性能是一项有前途的工艺,可望在航空结构件的延寿中获得应用。     

硬质合金表面金刚石薄膜的结合强度与破坏方式

研究了不同表面预处理条件下,硬质合金表面沉积金刚石薄膜及薄膜的附着强度和破坏方式。结果表明,准分子激光预处理可大幅度提高金刚石薄膜的附着强度,其原因是由于准分子激光辐照处理后硬质合金表面粗糙化所产生的“锚链效应”。     

激光供能换热器概念设计及性能分析

针对换热器模式激光推进的特点,设计了一种新颖的平板式换热器结构,这种结构由多层异质材料复合外壳、耐高温金属框架和层流微通道组成,具有较高的激光-热转换效率。建立了换热器出口截面二维温度场模型并进行数值分析,其结果验证了换热器结构的热稳定性。建立了换热器内部流体一维流动模型并进行数值分析,得出了激光辐照功率密度和流体入口速度对换热器内部流体温度分布的影响关系,验证了换热器结构设计满足流体通道压降小的要求。