激光烧蚀硼-硝酸钾的等离子体特性

为了掌握激光点火中烧蚀和等离子体的特性, 采用平行电极板法研究了脉冲Nd∶YAG激光对硼-硝酸钾点火时的激光烧蚀等离子体导电特性和特征参数值.实验获得了B-KNO3(m(B)∶m(KNO3)=40∶60)和B-KNO3-酚醛树脂(m(B)∶m(KNO3)∶m(phenolic resin)=40∶60∶0.5)的等离子体形成的临界能量密度值分别为34.07±[8.06 J/cm2和28.56±2.62 J/cm2,电荷通量值和平均动能值分别为1.82×10-5C/(mm2·s),10.85×103 eV(62.05 J/cm2)和2.29×10-5C/(mm2·s),13.61×103 eV (60.80 J/cm2).激光形成等离子体的点火延迟时间随着激光能量密度的增大而呈指数衰减,在较低能量密度下掺杂酚醛树脂的B-KNO3的点火延迟时间比无酚醛树脂的B-KNO3长,但是当能量密度达到35 J/cm2时两者相同.研究表明,酚醛树脂有助于B-KNO3的烧蚀,并且形成的可反应性烧蚀产物具有较高离子浓度和动能.     

不同氧/燃比的硼-硝酸钾的激光点火特性

硼-硝酸钾是一种重要的含能材料,其氧/燃比与药剂的点火和燃烧性能有密切关系.为了掌握氧/燃比与激光点火性能的关系,对不同配比的硼-硝酸钾及其酚醛树脂掺杂物进行激光点火特性实验研究、热力学参数计算分析和热分析.结果表明,硼-硝酸钾的激光点火过程由激光烧蚀、热化学反应和自持燃烧等阶段构成;随着硼质量分数从30%增加到70%,50%发火的激光点火阈值存在一个最小值,分别为7.6 mJ(m(B)∶m(KNO3):50∶50)和4.05 mJ(m(B)∶m(KNO3)∶m(酚醛树脂):40∶50∶5);激光点火延迟时间与激光点火能量密度的关系近似为线性递减关系,并且具有较低激光点火能量阈值的配比也具有较短的激光点火延迟时间;酚醛树脂将B-KNO3的化学反应起始温度从556 ℃降低到548 ℃,化学反应放热量从1.86 kJ/g增大到2.21 kJ/g,提高了激光点火感度和缩短了点火延迟时间.     

B/KNO3装药密度对激光点火延迟时间的影响

激光点火延迟时间是激光火工品和激光敏感药剂设计的重要性能参数.通过实验验证了激光点火器输入端结构密封强度设计是减小点火延迟时间和提高时间精度的关键因素.精确测定了B/KNO3 点火药的装药密度和压药压力关系及激光点火延迟时间和装药密度的关系,即B/KNO.装药密度随压药压力的增加呈对数关系曲线;B/KNO,激光点火延迟时间随装药密度的增加而呈负指数函数规律减小.通过理论和实验分析得知装药密度对激光点火延迟时间的影响最有可能改变药剂的仞始反应区燃烧压力成长.     

激光点火过程的一维有限差分模拟

从激光点火的热机理出发,建立了激光点火过程的一维有限差分模型,并对B/KNO3/酚醛树脂点火药的激光点火特性进行了数值模拟。结果表明,随着入射激光能量水平、入射激光功率、入射激光能量密度、药剂激光吸收系数的减小,药剂的点火延迟时间延长 ;当入射激光能量水平接近点火能量阈值时,药剂表面温度的成长曲线出现双峰现象 ;点火功率阈值随着光束半径的增大而增大,随着脉冲宽度的增大而减小。模拟结果与实际激光点火过程的规律一致,与实验结果基本吻合。     

二极管激光诱导B /KNO3 点火的发射光谱研究

研究了二极管激光诱导含能材料点火的化学反应机理,建立了时间分辨光谱测试系统,测量了在激光作用下B /KNO3 的光谱发射历程,探测到了二极管激光作用下一些中间产物,而且可以观察到二次点火现象。实验和计算结果表明: B /KNO3 在激光作用下的点火机理属于热点火机理。     

二极管激光诱导B /KNO3 点火的发射光谱研究

研究了二极管激光诱导含能材料点火的化学反应机理,建立了时间分辨光谱测试系统,测量了在激光作用下B/KNO3的光谱发射历程,探测到了二极管激光作用下一些中间产物,而且可以观察到二次点火现象。实验和计算结果表明:B/KNO3在激光作用下的点火机理属于热点火机理。     

用于激光诱导等离子体点火技术的激光源研究进展

激光诱导等离子体点火是一种新颖的发动机点火方式,这种技术点火位置精确可控,点火延迟时间短,无烧蚀作用,还可实现同时多点点火,能够提高发动机的燃烧效率,具有良好的发展前景。主要针对用于激光诱导等离子体点火技术中的核心元件激光光源的发展状况及最新成果作了全面的综述,并对该种类型激光器的发展前景进行了展望。     

激光对含能材料作用特性分析

从激光特性、光的波粒二象性出发，分析了激光对含能材料的热作用、冲击作用、光化学作用、电离作用等，并做了相应的计算。对含能材料激光点火的机理作了概括。结论：通常情况下，热作用是主要的；光化学作用对激光波长有很强的选择性；电离与等离子体点火要求激光强度远大于10^10W/cm^2；临界点能量随激光强度的增大而减小。     

激光对含能材料的热作用与光化学作用比较

从理论、实验、数值计算等几个方面分析了激光对含能材料的热作用机理与特性 ,研究了含能材料激光点火的临界值与激光功率密度、环境温度等因素间的关系 ,并与激光对含能材料的光化学作用及光化学点火机理做了比较。与热点火相比 ,光化学点火对激光波长有较强的选择性 ,光化学点火的临界功率与临界能量较小     

半导体激光烧蚀柔性基底含能工质特性研究

为解决激光烧蚀推力器在微纳卫星推进中的应用问题,本文旨在研究半导体激光对柔性基底含能工质带的烧蚀特性。针对不同工质层厚度的工质带,通过调节优化半导体激光器电流和脉宽等参数开展了激光烧蚀实验,研究了柔性基底含能工质的单脉冲冲量、比冲、冲量耦合系数和烧蚀效率等烧蚀冲量耦合特性,分析了激光器参数和工质层厚度对烧蚀冲量耦合特性的影响,得到了实现更高比冲的烧蚀工作条件。实验结果表明,在相同的激光器电流条件下,冲量随激光器脉宽的增大而增大,比冲随脉宽的增大而减小。在相同的激光器工作条件下,随着工质层厚度增大,工质带烧蚀的比冲增大,340μm厚工质带获得最大比冲在350 s以上,冲量耦合系数达到220μN/W以上。     

酚醛树脂对B/KNO_3点火药的激光点火特性的影响

用光声-光电测试法,EMS方法和DSC热分析方法研究酚醛树脂对B／KNO3点火药的激光点火特性的影响。研究结果表明,在一定的入射激光能量下,当有酚醛树脂时,B／KNO3体系点火药的点火延迟期缩短,光声信号也减小,酚醛树脂的作用在于抑制样品的能量和物质量向环境流失。样品表面激光烧蚀斑的电子显微照相表明有无酚醛树酯,药剂的烧蚀情况无明显的差异,激光在药剂表面形成多个点火中心。     

激光强度对含能材料点火的影响

从激光点火的热作用机理出发,运用传热理论,采用简化模型和近似方法,分析推导激光强度对含能材料点火的影响,得出激光二极管点火时间 ｔｉ 与激光功率密度 Ｉ０ 的关系,进而得到激光二级管点火能量 Ｅｉ 与 Ｉ０ 的关系,并和实验结果作了比较。结论： Ｅｉ 随 Ｉ０ 的增大而变小,理论与实验结果较吻合。     

含能材料激光点火性能的试验研究

分析了固体含能材料光吸收性的特点,采用了既利于材料吸收又便于普通光纤传输的大功率固体Nd~(3+):YAG激光器,对各种含能材料进行了激光点火性能的试验研究,成功测得了各种含能材料的点火过程曲线,并对影响含能材料激光点火性能的各种因素(激光能量、脉冲持续时间、不同药粒等)进行了实验分析。结果表明,不同含能材料的激光点火性能存在较大的差异,这不仅与激光特性有关,而且与含能材料的热物性有着密切的关系。这必将为含能材料激光点火系统的设计提供参考和依据。     

含能材料激光点火的氧平衡问题研究

实验研究了含能材料激光点火的氧平衡问题。对Zr/KClO4 等的临界激光点火能量的测定实验表明,锆与高氯酸钾的质量比对Zr/KClO4 的临界激光点火能量阈值有明显影响,在其他条件、因素相同的情况下,当偏富氧配比时,有利于激光点火,即点火的阈值能量低,或者说含能材料的激光感度较高。     

步长对激光点火一维模拟的影响

从激光点火的热机理出发,通过对一维有限差分模型的模拟和计算,分析了时间步长(△t)和空间步长(△x)对点火能量阈值及点火延迟时间的影响。结果表明,点火能量阈值在一定范围内只与△x有关,而与△t无关。△x一定时,点火延迟时间随着△t的增大而缓慢增加。当人射激光能量接近点火能量阈值时,点火延迟时间基本上不随△t变化而变化,但△x＞2．5×10     

激光烧蚀硅所生成的等离子体发射光谱特性

报道由Ｑ－开关Ｎｄ：ＹＡＧ激光器产生的１．０６μｍ、１０ｎｓ的脉冲激光辐射大气中的硅靶所产生的等离子体发射光谱的研究结果。当作用在硅靶表面的功率密度为９．３×１０９Ｗ／ｃｍ２时，测定了等离子体在２００～８８０ｎｍ波长范围内的时间分辨发射光谱。估计了等离子体点燃的时间，测定了等离子体中硅原子的推进速度，讨论了等离子体中Ｎ＋离子产生的原因。通过测量等离子体辐射谱线的半高宽随延迟时间的变化．得到等离子体中电子密度随时间的延迟近似地以ｅｘｐ（－ｔ１／２）的关系衰减。     

石墨掺杂对B/KNO_3点火药的激光点火特性的影响

用光声检测的实验方法研究石墨掺杂对B／KNO3点火药的激光点火性能的影响。根据对光声谱的分析，指出了石墨掺入B／KNO3会略降低B／KNO3的激光吸收能力并且掺入量增加时，药剂的光吸收能力会有所改善。石墨掺杂会增长B／KNO3的激光点火延迟期，这一规律与石墨掺杂对B／KNO3的吸光性能的影响规律一致。