纳秒激光等离子体减阻数值模拟

针对激光等离子体减阻技术机理,采用纳秒激光,数值模拟激光等离子体在流场中的演化过程,分析关键参数对纳秒激光等离子体减阻性能的影响。结果表明:纳秒激光能最大程度地提高激光等离子体减阻性能,阻力减小的百分比达99%,低阻力维持时间是入射激光持续时间的103倍;随着来流马赫数的增大,空气来流强度增强,导致减小阻力的百分比减小;随着激光能量的增加,激光引致的冲击波强度增大,使得减小阻力的百分比增加;随着激光聚焦击穿位置的增大,减小阻力的百分比减小,但低阻力维持的时间明显增加。     

超声速飞行器主动减阻技术研究进展

随着超声速飞行器的迅猛发展,空气动力学者认为减小阻力是实现超声速飞行器飞得更快更远的目标和提高飞行器气动性能的一种重要手段.目前世界许多军事强国先后开展了超声速飞行器减阻技术的研究和探索.本文介绍了目前主要研究的主动减阻方法及原理,对逆向喷流、边界层控制及能量沉积减阻的研究现状进行了综述和分析,特别是对目前倍受关注能量沉积减阻技术进行重点综述.最后针对各类减阻技术的特点,分析了减阻方法所涉及的关键技术,为超声速飞行器减阻技术的发展提出了几点建议.     

纳秒脉冲激光能量沉积激波减阻机理数值研究

为详细揭示纳秒单脉冲激光能量沉积激波减小波阻的机理,分别研究了单脉冲激光能量沉积与正激波相互作用、单脉冲激光能量沉积与弓形激波超声速流场相互作用。鉴于常用数值模拟方法不考虑空气的离解和电离,不能合理模拟激光能量沉积诱导等离子体热核的空间分布,采用泪滴形能量分布,且耦合有限速率化学反应模型,所得到的激波和热核演化过程的数值模拟结果与实验吻合程度高,验证了所提出模拟方法的合理性。分别选取马赫数为1.92条件下的正激波和弓形激波,入射激光能量大小为10.1 mJ和12 mJ,研究表明:单脉冲激光能量沉积诱导形成的等离子体热核通过正激波后,形成上下对称的涡环结构;在弓形激波条件下,在波后形成的低压涡环引起波阻减小,这是激波减阻的主要机理。     

飞秒激光等离子体在高超声速飞行器减阻中的应用

报道了利用飞秒激光产生的等离子体冲击波对高超声速飞行的钝体飞行器进行减阻的研究。通过模拟计算了距离地球表面30 km、来流马赫数为5的大气环境中,飞秒激光能量注入后产生的等离子体冲击波与钝体飞行器头部正激波相互耦合的演化过程,分析了飞秒激光等离子体减阻的机理。通过求解Navier-Stokes方程,计算了飞秒激光能量对飞行器减阻效果的影响。结果发现,利用飞秒激光产生的等离子体冲击波比纳秒激光等离子体冲击波对飞行器的减阻效果更明显。当飞秒激光能量为0.06 m J时,能使飞行器所受的阻力减小98%,飞秒激光能量越高,减阻比越高,低阻力持续的时间越长,减阻效果越好。采用3个飞秒激光能量点源沉积的方式能够更好地实现飞行器的减阻,提高了最佳减阻比,节省了激光能量。     

单脉冲激光减小超声速飞行器波阻的实验研究

利用激光等离子体减小超声速飞行器的气动阻力是一种新概念减阻方式。根据单脉冲激光减小超声速飞行器波阻瞬态流场的特点,建立了超声速条件下单脉冲激光能量沉积减阻实验系统,利用高分辨率的纹影系统拍摄激光能量沉积产生的激波与弓形激波相互作用过程,分析了激光减小超声速飞行器波阻的机理,以实验手段验证了激光等离子体可以减小超声速飞行器波阻,为研究高重复频率激光减阻提供了实验测试方案。     

单脉冲激光能量沉积对超声速钝头体波阻的影响

采用数值模拟和实验手段对单脉冲条件下的激光能量沉积减小超声速钝头体波阻进行了系统地研究。首先利用数值仿真的方法模拟了马赫5的超声速气流条件下,能量沉积对半球体阻力特性的影响,通过压力温度等值线及驻点参数的变化规律,分析了能量沉积减阻机理。研究结果表明由于能量的注入,钝头体前弓形激波发生变形,激波脱体距离增大,降低了钝头体表面的压力,从而减小了钝头体的波阻,在单脉冲作用时间内,波阻减小了13%。建立了超声速条件下单脉冲激光能量沉积减阻实验系统,利用高分辨率的纹影系统拍摄激光能量沉积产生的激波与弓形激波相互作用过程,实验结果与数值模拟结果基本吻合。     

关键参数对激光等离子体热核与激波相互作用过程的影响规律

针对激光减阻中激光等离子体热核与正激波相互作用物理现象,运用高精度纹影测量技术研究分析了激光等离子体热核在正激波冲击下的流动结构特性,获得了激光能量与激波速度两个关键因素的影响规律。实验结果表明:在正激波的冲击下,热核宽度呈先上升然后稳定并有减小的趋势,入射激光能量越高,热核在激波冲击下的宽度越大;热核的长度在正激波冲击下迅速减小然后以固定的速度线性增长,增长速度约为入射激波速度的19%。研究结论可为实际应用中有效增强减阻效果和延长持续时间提供依据,相关方法和结果对激光等离子体主动流动控制研究也具有很好的参考价值。     

激光能量注入位置对进气道马赫反射影响数值研究

超声速进气道存在双尖楔结构,在非设计工况下,可能出现马赫反射现象。利用激光能量注人流场产生等离子体,可以改变马赫反射结构,降低马赫杆高度,甚至使马赫反射完全转变为正规反射,达到减少总压损失的目的。基于这种方法,本文在等离子体区域形状和激光能量相同的情况下,计算了马赫数为3．45时,不同的激光能量注入位置对双尖楔简化模型形成的马赫反射结构的影响。计算结果和分析表明,适当增大激光能量注入位置与马赫杆的距离,并减小其与上游斜激波的距离,将有助于降低马赫杆高度,提高激光能量对马赫反射结构的控制效果。     

低能量激光应用于医学治疗的机理研究进展

低能量激光与生物使用会产生生物效应，交过种生物效应应用于医学，可以对某些疾病产生治疗效果，关于低能量激光在医学治疗的机理研究方兴未艾，本文介绍了近年来低能量激光应用于医学治疗的机理研究进展。     

激光能量对脉冲激光沉积法制备ZnO薄膜性能的影响

脉冲激光沉积技术(PLD)易于获得高质量的氧化物薄膜已成为一种重要的制备ZnO薄膜的技术.采用脉冲激光沉积(PLD)(KrF准分子激光器:波长248 nm,频率5 Hz,脉冲宽度20 ns)方法在氧气气氛中以高纯Zn(99.999%)为靶材、在单晶硅和石英衬底表而成功生长了ZnO薄膜.通过X射线衍射仪、表面轮廓仪、荧光光谱仪、紫外可见分光光度计对合成薄膜材料的晶体结构、厚度、光学性质等进行了研究,分析了激光能量变化对其性能的影响.实验结果表明我们使用PLD法可以制备出(002)结晶取向和透过率高于75%的ZnO薄膜,激光能量为450 mJ的ZnO薄膜的发射性能较好,但激光能量的增加不能改善薄膜的透光率.     

非线性高能激光防护材料研究进展

高能激光武器对军事目标的生存构成严重威胁,开展高能激光防护技术研究显得尤为重要。在分析高能激光防护材料基本工作原理的基础上,分别对基于三阶非线性效应、热致相变效应和多种效应复合的三类典型高能激光防护材料的防护原理及其研究进展进行了阐述,并对非线性高能激光防护材料的发展趋势进行了展望。     

Transient plasma shielding effects during pulsed laser ablation of materials

The absorption of laser energy by the plasma during pulsed laser deposition of thin films has been analyzed theoretically. The amount of laser energy absorbed in the plasma termed as the “plasma shielding factor” is a function of the incident laser wavelength, and time dependent plasma dimensions and electron density. Due to time varying parameters, a quantitative analysis of the plasma absorption is difficult. A model which takes into account the absorption of laser energy by the plasma has been developed. In this model, the time-dependent plasma dimension is replaced by the time dependent ablation depth. Using simulated absorption coefficient values, the ablation characteristics of silicon and high T_c superconductors are computed and compared with experimental results. The plasma shielding factor was found to vary approximately linearly with absorbed laser energy. The calculations also showed that the plasma shielding was strongly dependent on the laser fluence but varies very weakly with the simulated plasma absorption coefficient values. Experimental results on plume shielding showed good agreement with the calculations.     

互注入激光器研究进展

基于互注入系统的激光器,在研究激光混沌通信,高功率激光输出方面起着重要作用,在激光加工,保密通信以及军事领域有着极其重要的价值。目前国内外的研究机构对基于互注入半导体激光器、固体激光器、光纤激光器等都开展了诸多研究。本文对国内外互注入激光器的研究进展进行了总结,分别介绍了上述三种激光器的最新研究成果,并对其前景进行了展望。     

飞秒激光微孔加工发展综述

随着飞秒激光器的成熟,飞秒激光的应用越来越广泛。由于飞秒激光独特的属性,在微孔加工中具有明显的优势。本文介绍了飞秒激光与材料之间的相互作用机理、飞秒激光打孔的理论研究发展、打孔方式的研究以及各种飞秒激光加工参数的探索。总结了目前发展遇到的问题,未来的发展趋势并提出自己的观点。