高能激光武器对弹道导弹毁伤能力研究

未来的20年间,美国的高能激光武器将陆续进入部署阶段。针对定向能武器之一的激光武器具有巨大作战优势,在分析高能激光武器的作战机理基础上,对弹道导弹壳体被高能激光照射时的影响因素进行研究分析,建立了计算高能激光武器毁伤来袭导弹所需时间模型,并具体地对作战中弹道导弹的弹体壳体、弹头壳体被连续波照射进行毁伤计算分析。以上模型作为评估高能激光武器作战效力的一种方法,为高能激光武器拦截弹道导弹提供了参考。     

美国机载激光武器作战能力分析

美国以其强大的军事实力发展了基于各种发射平台的激光武器系统,是目前激光武器技术发展最为先进的国家.在众多的激光武器中,用于拦截弹道导弹的机载激光武器(Airborne laser 简称ABL)发展最为迅速、投资规模最大,按照目前的发展计划,将很快投入战场应用,届时将对弹道导弹构成拦截能力,对使用弹道导弹的国家构成一定的威胁.在分析ABL作战性能的基础上,研究了ABL对弹道导弹的攻击能力,通过激光破坏工作状态导弹发动机机理与阈值分析,进一步阐述了ABL对弹道导弹构成的威胁.     

美军激光反导关键技术及作战样式探讨

针对激光反导问题,探讨美军激光武器防御导弹的关键技术及作战样式。首先概述了美军激光反导武器平台的发展研究现状;分析了激光反导关键技术及面临的主要问题;基于激光反导武器系统的作战原理,探讨典型导弹在特定作战场景下的激光武器作战样式。     

舰载激光武器打击无人机蜂群毁伤特性研究

舰载激光武器是一种反制无人机蜂群有效、快速、低成本的防御手段。论文针对舰船无人机蜂群反制,分析了舰载激光武器对不同材质的无人机毁伤机理,结合无人机材料激光毁伤阈值,建立了激光武器反制无人机蜂群模型,仿真了不同激光功率条件下对无人机蜂群的有效打击距离,评估分析了激光武器打击无人机蜂群的作战效能,可为后续激光武器协同火力打击无人机提供支撑。     

基于充压柱壳损伤形态的靶面激光参数估计

为了在实验室设计激光辐照金属充压柱壳的损伤形态,对壳体损伤形态相关的靶面激光参数估计问题进行了研究。在忽略沿柱壳壁面热传导的条件下,给出了壳壁温度分布的解析表达式;根据随温度变化的材料力学参量和内压载荷,分析了壳体激光加热区内热裂纹的生成、稳定扩展和失稳扩展,推导出了壳体发生三种损伤形态的靶面激光参数估计表达式。针对30CrMnSi钢壳体进行了数值计算分析,数值结果与实验现象基本一致。研究结果表明,在给定目标特性条件下,充压柱壳激光辐照效应的损伤形态可以通过选择激光器参数来实验设计。     

对“爱国者”导弹发动机激光破坏的计算分析

导弹主动段飞行时，固体发动机壳体受到燃气内压、发动机推力等载荷的作用，在此情况下，如又受到连续激光的辐照，在热－ 力联合作用下，发动机壳体有可能出现局部断裂，发生爆裂型破坏。文中以美“爱国者”导弹固体发动机为研究对象，对其燃烧时壳体受连续激光辐照的破坏效应进行了有限元计算，分析了改变激光光斑直径与激光功率密度对导弹固体发动机壳体破坏的影响。     

机载激光武器仿真系统与分析

在分析机载激光武器(ABL)战技术指标和作战过程的基础上,建立了机载激光武器仿真系统,该系统由弹道导弹、载机、测距激光、跟瞄系统、激光大气传输和高能激光毁伤评估模块组成。重点研究了机载激光武器的建模,包括测距激光探测概率计算、复合轴跟瞄系统设计、大气对激光造成的衰减和扩散以及高能激光毁伤计算等。最后,搭建了仿真系统进行反导拦截试验,从攻防两方面对影响机载激光武器毁伤效果的主要因素进行了分析,并给出了仿真结果。该仿真系统可以为机载激光武器反导效能的分析评估提供平台和依据。     

强激光辐照下充内压圆柱壳的破坏阈值和破坏时间

建立了强激光辐照下充压圆柱壳热力学响应的物理模型和数值计算模型,求解了激光产生的非线性温度场。在此基础上,考虑塑性和屈服强度的温度相关性,求解了非线性的应力场,计算了两种不同类型圆柱壳在高功率连续CO_2激光作用下的破坏阈值,给出了破坏时间与功率密度的关系以及壳体破坏的危险区域。     

舰载激光武器反导作战仿真分析北大核心CSCD

舰载激光武器将成为海上舰艇编队未来反导作战的利器。针对舰载激光武器反导作战问题,研究了典型反舰导弹特性以及激光反导作战的毁伤机理,并以仿真的方法对武器系统毁伤导弹的能力进行了定量分析。基于此,构建航母编队反导作战的典型场景,通过模拟仿真,进一步验证了舰载激光武器在不同状态下应对反舰导弹饱和攻击时的综合抗击能力,为实战条件下舰载激光武器的反导作战运用提供了参考。     

激光武器反无人机集群建模与效能评估北大核心CSCD

反制无人机蜂群作战将成为舰艇防空作战的重要任务,舰载激光武器被认为是拦截无人机目标的有效手段。分析了无人机集群来袭模式,建立无人机集群来袭的目标流模型,基于对目标的毁伤机理,建立了激光武器对无人机目标的毁伤时间模型,在此基础上建立激光武器对无人机集群目标拦截的排队模型,在不同态势下分析了不同的目标来袭模式、强度,和不同激光武器能力,对激光武器拦截无人机集群效能的定量影响,为激光武器作战运用提供支撑。     

半导体基片在10.6μm激光局域加热时的温度上升

在激光诱导扩散等激光微细加工技术中，需要用聚焦激光束照射基片表面，以形成局部高温区。为使局部高温区的温度分布满足实验要求，对10．6pm聚焦连续波CO2激光束照射下半导体基片的温度上升进行了数值计算。计算中考虑了基片材料对10．6μm激光的吸收系数随温度的变化。计算得到了温度上升与基片预热温度、入射激光束功率及曝光面积等参数的关系。结果表明，基片初始温度为室温及激光焦斑直径小于100μm时，激光照射形成稳定高温区的最高温度不超过600K。增加基片初始温度，可以在建立满足要求的温度上升的同时，减小基片上高温区分布的面积。在同一初始温度下，在基片高温区分布的面积符合实验要求的前提下，应尽量使用较大的光斑尺寸和激光功率，从而使基片表面热斑的温度分布更易控制。     

激光输能光电池温度场数值模拟

温升效应是影响激光输能光电转换效率的重要原因。为了分析温升效应对光电转换效率的影响,采用基于COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件和MATLAB软件联合仿真的数值模拟方法,建立了光电池的物理模型和热模型,得到了激光辐照时间、功率密度、光斑面积、入射角以及热辐射和热对流对温度场的影响结果。结果表明,2000W/m2激光功率密度辐照下,光电池温度随辐照时间先快速上升,20s后缓慢增加,100s达到热平衡态后温度稳定在343K;随着激光功率密度增大,电池温升速度越快,达到热平衡态时的温度值越高;激光光斑全部覆盖电池表面时,电池表面温度差值最小;入射角通过影响有效激光辐照功率密度来影响电池温升;热辐射和热对流对降低光电池温度十分有利;当激光入射角为0°、激光功率密度辐照约为2000W/m2、激光光斑面积近似为电池表面面积时,光电池能获得最佳的光电转换效率。可见对光电池温度场进行仿真分析为研究提高激光输能光电转换效率的方法提供了理论参考。     

空间激光武器网在弹道导弹防御中的应用

随着空间技术的发展,空间武器系统的战术地位越来越重要。通过介绍空间激光武器的组成原理、特性、技术参数等,提出了用于弹道导弹防御的空间激光武器组网模型,对不同组网方式在弹道导弹防御过程中的作战性能进行了分析,并提出了我国发展空间武器需要解决的关键问题。     

单脉冲激光损伤CCD探测器的有限元仿真

为了研究激光对CCD探测器的损伤效应,采用有限元分析的方法进行了激光损伤CCD的理论分析和实验验证。阐述了激光辐照CCD探测器的损伤机理,设计了激光辐照CCD探测器热效应的仿真模型,针对波长为532nm的高功率激光辐照硅基CCD探测器而产生的热效应,利用有限元法进行了仿真计算,得到了CCD探测器受到532nm激光辐照时硅电极的温度曲线以及硅电极损伤时间阈值,并相应计算出损伤CCD探测器所需要的激光能量阈值为220mJ/cm2左右。结果表明,损伤阈值随着激光功率密度的增大而减小,但变化幅度不大;当多脉冲毫秒激光辐照CCD探测器,在一个脉冲结束、下一个脉冲到来之前,探测器温度恢复到环境温度。该模型可以较为准确地对单脉冲激光辐照CCD探测器时产生的热损伤效应进行模拟。     

强激光辐照PC型探测器的动态响应

基于载流子输运和强激光辐照会产生热效应造成探测器的温升,建立了描述光导(PC)型半导体探测器对激光辐照动态响应的动力学模型及非线性耦合方程组。通过进行数值模拟计算,得到了激光辐照PC型半导体探测器的动态响应情况,数值模拟结果与实验结果相吻合。该模型能适用于任何强度的激光辐照,弱激光辐照时结果与传统模型一致,强激光辐照时能描述探测器的信号饱和效应。     

激光辐照皮肤组织的热效应解析计算研究

为了研究工作波段在近红外的激光安全问题,建立了连续激光辐照生物组织的热学模型,通过分离变量法求解热传导方程,得出了生物组织在激光辐照阶段和扩散阶段皮肤组织瞬态温度分布的精确解析解,并以氧碘激光辐照皮肤组织为例,计算了皮肤组织在激光辐照下的温度场分布。结果表明,皮肤组织温升随激光辐照时间和功率密度的增加而增加,辐照结束后,皮肤表面温度缓慢下降,深处温度先缓慢上升,再缓慢下降。分析结论与相关实验结果取得一致,证实了所建模型的合理性。该结论对于其它连续激光对物质的热损伤研究是有帮助的。     

金属球壳在激光辐照下热效应的数值计算

利用有限元法对金属球壳在恒定功率密度激光辐照下的热效应进行了数值计算,分析了在激光辐照过程中,金属球壳内外壁的温升、温差的变化规律,并主要以铜、铝材料为例,比较了铜、铝球壳在激光辐照下的温度变化和外壁温度响应情况.数值计算结果表明,激光辐照期间,在经过热响应的过渡过程后,金属球壳内、外壁的升温率几乎为常量,内外壁温差基本保持恒定值;对于壁厚在0.004～0.02 m范围内的铜、铝球壳,激光辐照停止后,内外壁热平衡过程在几十ms到1s的时间内结束.