雷射驅動飛片機理和作用規律研究

《雷射驅動飛片機理和作用規律研究》是依託北京理工大學，由陳朗擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：雷射驅動飛片機理和作用規律研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：陳朗
• 項目類別：面上項目

項目摘要

雷射驅動飛片技術在先進起爆技術、空間碎片高速撞擊和高壓物理實驗等方面具有重要的套用價值。深入認識雷射驅動飛片的作用機理和規律,對高效能雷射驅動飛片系統研究具有重要意義。本項目主要進行雷射作用金屬膜體表面的爆轟波及等離子流場的實驗，觀測爆轟流場結構，分析爆轟波及電漿的形成機理和流場演化規律，研究爆轟波流場的理論計算方法，掌握雷射驅動飛片速度和形態測量技術，研究多脈衝雷射和複合膜體下驅動飛片的作用機理和規律，構建雷射驅動飛片的計算模型，實現雷射驅動飛片數值模擬，建立雷射驅動飛片系統的設計理論和計算方法，探索進一步提高飛片速度和完整性的技術途徑。

結題摘要

強雷射作用於光學窗上的金屬膜，燒蝕部分金屬膜體產生電漿，驅動剩餘薄膜形成高速飛片。雷射驅動飛片技術在先進起爆技術空間碎片高速撞擊和高壓物理實驗中有重要套用價值。深入認識雷射驅動飛片的作用機理和規律，對高效能雷射驅動飛片系統研究具有重要意義。 本項目進行了強雷射作用鋁靶產生電漿和爆轟波實驗，建立了以雷射為背景光源的高速紋影照相法，觀察了不同雷射能量下爆轟波流場演化規律。結果顯示，雷射作用下爆轟波流場可分為波陣面、波後壓縮空氣區和電漿發光區三部分。波陣面的初始形狀與雷射能量密切相關。建立了雷射作用鋁靶的電漿和爆轟波流場計算模型。考慮了鋁表面氣化、電漿對雷射能量吸收和輻射損失。套用帶電離度的電漿狀態方程，實現了雷射作用下的電漿和爆轟波的數值模擬。分析了雷射能量對鋁靶燒蝕、爆轟波流場演化的影響規律。 建立了雷射作用膜體驅動飛片的理論計算模型。計算分析了膜體材料和結構組成對飛片速度的影響，最佳化設計了複合膜體結構。進行了強雷射作用單膜和複合膜驅動飛片實驗。採用壓電薄膜測量法，測量了飛片運動速度，分析了飛片加速性能。分析表明：不同雷射能量下飛片的加速特徵基本相似。在複合膜中隨著光爆層厚度增加，飛片速度呈現先增大後降低的趨勢。光爆層存在一個最優能量吸收厚度。 建立了雷射驅動飛片的二維軸對稱計算模型。考慮了膜體相變、電漿電離、膨脹和驅動飛片等關鍵過程。實現了雷射燒蝕，雷射與電漿，電漿與飛片作用的耦合計算。對雷射作用單膜和複合膜驅動飛片進行了數值模擬。分析了雷射能量對飛片加速性能、膜體燒蝕特性和電漿流場的影響規律。計算發現在飛片加速期間，電漿速度為軸向線性分布；光隔層能有效降低飛片層溫度，有利於保持飛片的完整性。