纳秒脉冲激光制孔孔壁热应力数值模拟研究

通过数值模拟研究纳秒脉冲激光冲击制孔过程孔壁热应力,分析不同脉冲数作用下制孔过程孔壁热应力演变特征,揭示了不同厚度再铸层内应力变化特征.结果表明:随着纳秒脉冲数增加,制孔深度不断增加,孔壁最高温度和最大von Misses等效应力逐步远离激光入孔端,但最大等效塑性应变在激光入孔端;随着再铸层厚度的增加,其内部拉应力不断增大,微裂纹易产生于较厚的孔壁再铸层内.     

激光推进发射微小卫星弹道仿真与分析

建立了初步的激光大气传输模型和光船的三维运动模型,通过对单站大气盘旋入轨模式下的推进弹道仿真分析可知,单站推进模式下激光在稠密大气层中行程较大,激光传输衰减严重。针对上述问题,以激光推进发射微小卫星为应用目标,提出了基于过顶接力和等光程接力两种方式下三站入轨的推进模式,给出并分析了相应的仿真结果,并利用等光程接力方式分析了激光推进发射微小卫星的运载能力。结果表明,三站等光程接力方式可以有效的解决激光传输问题,减小了激光在稠密大气层中的传输距离和激光的传输损失,提高入轨质量。     

激光参数对光船性能影响分析

采用三温度11组元热化学非平衡空气模型计算了激光能量在等离子体中的沉积过程,并在激光脉冲作用结束8 μs后采用平衡空气模型,完成激光推进光船工作过程的数值模拟,研究了不同入射激光能量和脉冲宽度对光船推进性能的影响。结果表明:当脉冲宽度相同时,入射激光能量越大,所得冲量耦合系数越大;当入射激光脉冲能量相同时,脉冲宽度越小,所得冲量耦合系数越大。将计算所得冲量耦合系数与Schall实验所得结果进行比较,结果非常吻合。     

基于大气传输软件激光透过率对比研究

简要地归纳了目前比较通用的大气传输软件LOWTRAN7、MODTRAN和FASCODE的概况和异同,分析了大气透过率的计算和激光武器选用的波长,比较了激光传输衰减和能见度的关系,重点研究对比了用LOWTRAN7和FASCODE计算1．06μm和10．6μm激光的透过率,并得出了结论。     

基于应变片的双脉冲推力测量初步实现

为了获得激光推力器在多脉冲激光作用下产生推力的变化情况,建立了一套基于半导体应变片技术的双脉冲推力测试系统,介绍了系统标定及测试原理。在单脉冲能量80 J,重复频率10 Hz的条件下进行了实验,实验结果表明:该测试系统响应速度快、精度高,实验结果可信;同时发现,在双脉冲激光作用下,推力器产生的脉冲推力大小和推力的持续时间均会减小,冲量耦合系数也有所降低,与文献报道实验测量结果基本一致,对激光发动机的理论和数值研究具有一定的参考价值。     

静止空气中单脉冲激光能量非对称沉积实验与数值模拟

为了研究纳秒脉冲激光能量沉积减小高超声速飞行器波阻的机理和规律,首先要研究纳秒脉冲激光能量在静止空气中的沉积现象。提出一种新方法测量了激光能量吸收率。并采用高分辨率纹影系统,对纳秒脉冲Nd:YAG固体激光器(波长532nm,最大激光能量368m J/pulse)击穿静止空气后所形成的等离子体热核进行观测。基于FLUENT软件并编写UDF,结合非对称能量沉积模型和空气等离子体参数,采用层流模型、Roe-FDS通量格式对激光能量沉积后的流动现象进行了数值模拟。结果表明,激光能量吸收率随着入射激光能量的增大而不断增大,并最终稳定在0.45左右。纳秒脉冲激光能量沉积后的流场纹影序列图像很好地呈现了爆炸波的传播、等离子体热核的演变和涡环的形成。激光能量沉积后60~120μs,涡环的涡核平均直径基本不变,且与入射激光能量大小呈二次函数关系。爆炸波约在t=60μs之后衰减至近似声波,此后其波速受入射激光能量大小的影响较小。数值模拟结果表明,Richtmyer-Meshkov不稳定性和激光能量的非对称沉积,是等离子体演化出尖刺的原因。     

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。     

激光光船周围连续/稀薄混合流场的数值模拟

当火箭模式激光推进器在高空稀薄大气中飞行时,需要在激光聚焦区附近喷射稠密气体工质,从而利用激光聚焦击穿气体工质形成等离子体,为光船提供推力。为了分析该光船的推力产生过程,采用连续流体力学计算方法(CFD)和直接数值模拟蒙特卡洛方法(DSMC)耦合的混合算法,数值模拟飞行高度为80 km飞行马赫数为5的激光光船周围高温连续气体和稀薄环境大气耦合的非定常混合流场,并得到推力随时间的演化曲线。结果表明,稀薄效应明显增加了激波厚度,高温效应延迟了推力的产生,并导致冲量耦合系数和比冲的降低。     

激光推进中飞行器结构响应对聚焦性能的影响

利用ABAQUS软件对激光推进飞行器进行了单、多脉冲结构冲击响应的数值模拟;建立了变形抛物面焦点区域的数值计算方法,计算出结构变形后的焦点区域的变化程度:发现因结构变形引起的聚焦区域的变化不可忽视,是飞行器设计时必须考虑的因素。     

激光推进运载器大气飞行稳定性影响因素研究

针对环聚焦的Myrabo构型激光推进飞行器在大气中飞行现象,建立了激光推力器冲量模型,给出了光船飞行六自由度动力学模型。设计算法解决了脉冲力作用下,光船动力学方程的解算精度与效率折中问题;仿真分析了激光脉冲频率、脉冲能量和升力线斜率大小对光船运动稳定性影响。结果表明:在垂直方向,光船上升速度呈锯齿状,且存在脉冲频率下限;在侧向,激光脉冲频率越高,回复速度越快,回复曲线也越光滑,升力线斜率的增加能够使光船以更短的时间趋于稳定。     

烧蚀模式激光推进的实验研究

采用CO2激光器和固体推进剂对三种构形的抛物型激光推力器模型进行了烧蚀模式下的单脉冲、多脉冲连续推进的对比实验,单脉冲实验获得的最高冲量耦合系数达到2.7×10-4N/W,对多脉冲连续推进时的冲量耦合系数有较大幅度的下降进行了分析,尝试采用PVDF薄膜传感器,测量了推力器内壁的瞬态压强,并采用热像仪对推力器的外壁温升进行了连续记录,为进一步研究激光能量转化为推力的机理以及热力冲击的影响提供了直接的数据。     

喷管构形对多脉冲激光推进冲量耦合系数的影响

多脉冲激光推进中,后续脉冲的推进性能受到之前激波流场的影响。为了获得喷管构型参数对多脉冲推进性能的影响规律,针对圆台形喷管构形,数值模拟了频率为20,50,100Hz时多脉冲流场演化过程,得到了喷管顶部直径和长度对多脉冲冲量耦合系数的影响规律。结果表明：多脉冲冲量耦合系数随着顶部直径的增加而增加;一定范围内增加喷管长度利于冲量耦合系数的提高,但喷管过长将不利于喷管内气体的恢复,多脉冲冲量耦合系数提高不明显;不同频率下顶部直径和长度对冲量耦合系数的影响规律基本一致。研究结果为多脉冲条件下喷管参数优化和实验参数选择提供参考。     

基于反预警的反拦截中段规避突防策略

为了充分挖掘多脉冲机动突防的潜力,提高弹道导弹中段机动突防能力,提出一种基于反预警的反拦截中段规避突防策略。首先,分别以脉冲点火点及点火间隔为搜索节点与步长,视敌方拦截系统为威胁源并转化为航迹规划中的约束条件,将多脉冲弹道的设计问题转化成无人机避障航迹的规划问题。然后,在综合考虑敌方探测系统延迟和拦截系统部署及性能的基础上,选取最优的脉冲点火参数。最后,研究了脉冲增量和探测系统延迟对多脉冲规划的影响。仿真结果表明:所提出的突防策略通过多脉冲机动增加敌方预测误差,使其不能收敛与准确预警,当敌方的预测误差收敛且准确预警时,导弹却处于其拦截范围之外,无法进行拦截;能根据获取的最新战场信息,在线下60s内设计出一条多脉冲突防弹道。此外,还能根据任务的需求,提高(降低)导弹的飞行高度、平均飞行速度,缩短(增加)20%~35%的飞行时间。     

一种多脉冲微推力的测量方法

 微推力测量技术是微推进器设计的关键技术之一,是微小卫星进行轨道保持、姿态控制的基础技术。多脉冲平均微推力的测量对于脉冲微推进器的特性研究有着重要的作用。对常用的微推力测量方法进行了总结,提出了一种多脉冲微推力测量的方法。基于二阶系统模型,利用傅里叶展开的方法,分析了在多脉冲推力作用下测量系统的动态响应。理论分析和仿真结果表明：在推力脉冲的频率远高于测量系统的固有频率时,系统的稳态转角同微推进器的平均推力成正比;可通过测量系统的稳态转角来获得平均推力大小;通过测量得到的平均推力,还可以获得总冲的大小。该测量方法可以有效避免推力信号的波动对于平均推力测量的影响。     

Atmospheric Error in Range and Range-Rate Measurements between a Ground Station and an Artificial Satellite

The propagation errors caused by the atmosphere are investigated in order to find out the causes of the observed errors in range and range-rate measurements between a ground station and an artificial satellite. The calculations show that the observed errors are mostly caused by the measuring instruments. The propagation errors are mainly caused by increases, decreases, or fluctuations of the refractive index of the atmosphere, and the errors caused by the refraction of the propagation path are about 10 percent of the errors caused by the decrease of the propagation velocity. The tropospheric range errors are less than 150 meters and are approximately expressed by a cotangent function, and they are reduced by about 90 percent through the use of monthly average refractivity profiles of the troposphere. The ionospheric errors are usually negligible at centimeter radio waves (less than 10 cm), and even at decimeter waves or meter waves almost all errors can be removed by the use of two different frequencies on the down-link so that the range can be made independent of frequency.     

接触定位式量块干涉仪测量不确定度的分析

分析了一台用于测量量块的激光干涉仪的测量不确定度。着重介绍了干涉信号质量，空气折射率及材料热膨胀等因素对测量不确定度的影响。     

白光气泡图象测速技术

 介绍了一种新的PIV(Particle Image Velocimetry)测速技术——白光气泡图象测速技术。用电解水产生的氧泡作为流场示踪粒子,用普通闪光灯组作为PIV底片记录的多脉冲光源。其主要优点是:对实验设备无污染;不需要高能量激光光源;并可获得高信噪比的PIV底片。