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激光驱动高速飞片的实验和理论研究

本文首先介绍了激光驱动带窗口飞片技术的物理原理、研究方法和应用领域,综述了近年来国内外在该领域的实验和理论研究方面的进展并介绍了可以描述激光驱动飞片过程的瞬时等离子体驱动模型及相关的激光汽化下金属薄膜靶蒸汽的气体动力学理论。本文建立和发展了激光驱动飞片的实验系统和实验技术,获得了约7km/s的最高飞片速度,飞片具有较好的完整性和平面性。利用石英传感器测量了飞片的平均速度,系统研究了飞片的形成方式对能量耦合效率的影响。实验表明,利用小孔刀口切割形成的飞片其能量耦合效率比自由形成的飞片高一倍以上。本文建立了一个描述激光驱动过程的体烧蚀模型,在一维流体力学编码SSS的基础上进行改造,并引入列表式状态方程数据库,完成了上述模型的计算。在计算过程中有效地克服了由于小时空尺度带来的刚性困难,计算中没有发生震荡,计算结果是合理和自洽的,并与实验基本相符。利用这一模型可以得到在整个激光驱动过程中不同位置、不同时刻的压力、温度、速度、不透明度及平  (本文共120页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国工程物理研究院
中国工程物理研究院

激光驱动飞片起爆系统能量利用率的研究

激光驱动高速飞片起爆炸药,是近年先进火工品应用研究的主要方向之一。采用激光作为起爆能源,可以避免电起爆中通过电缆传输能源时产生的电磁信号。应用激光驱动飞片起爆系统,可提高武器系统本质安全性。飞片作为激光驱动飞片起爆系统的换能元部分,将激光能量转化为飞片动能,实现高速冲击炸药。当前,受限于起爆系统较低的能量利用率,激光驱动飞片起爆系统实际应用较少,改进飞片结构是提升能量利用率的关键之一。本文采用理论与实验相结合的方式,对激光驱动飞片起爆系统中的飞片展开探讨,应用复合飞片提高了飞片速度和冲击压力,有效提升了起爆系统的能量利用率。(1)通过激光驱动飞片各过程损失能量的计算,提出飞片速度的能量解析法。应用该方法分析了复合飞片提升起爆系统能量利用率的可行性,对复合飞片中吸收层、隔热层的影响展开了探讨。通过p2τ判据,推算出飞片冲击起爆1.60g·cm-3PETN的临界值。利用LS-DYNA程序对激光驱动飞片起爆1.60g·cm-3PETN...  (本文共76页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京理工大学
南京理工大学

激光驱动复合飞片冲击起爆HNS-Ⅳ的规律和机理研究

高安全性、高可靠性、小型化、智能化是先进武器弹药发展的方向,而火工品作为武器弹药的始发能源,其性能直接关系到整个武器弹药系统性能的优劣。激光起爆技术对静电、射频、杂散电流等恶劣电磁环境具有较强的抗干扰能力,在武器弹药系统中具有广阔的应用前景。激光驱动飞片冲击起爆技术是目前最先进的安全起爆技术之一,其主要原理是激光等离子体驱动飞片高速飞行,并且通过飞片与炸药装药的碰撞,冲击起爆炸药装药。与通过激光起爆起爆药的方式和激光点燃炸药并且通过炸药燃烧转爆轰方式等方式的激光起爆技术相比,激光驱动飞片冲击起爆技术具有高瞬发、高安全和高可靠的特点,但是提高激光飞片换能效率,降低起爆的激光能量和功率是该项技术的难点和技术瓶颈。本文针对提高激光驱动飞片冲击起爆中的能量转换效率、高安全性和高可靠性问题,开展了激光驱动复合飞片的设计和制备方法、激光驱动复合飞片能量转换、激光等离子体驱动飞片机理和HNS炸药的激光驱动飞片冲击起爆机理等内容的研究,取得的主...  (本文共128页) 本文目录 | 阅读全文>>

江苏大学
江苏大学

激光驱动飞片加载金属箔板间接冲击微成形研究

随着微纳米科学与技术的不断发展,微小机电系统及其微结构器件的制作是近年来微制造研究的热点。微塑成形工艺因其在规模化批量生产方面的优势,在金属微结构的制作方面得到日益广泛的应用,已成为当前制造科学领域国内外学者研究学科前沿。本文在剖析国内外有关微塑成形技术,特别是激光冲击微成形技术研究的基础上,结合激光驱动飞片技术,提出了激光驱动飞片加载金属箔板间接冲击微成形的新方法。基于对激光驱动飞片加载方式及箔板成形机理的理论分析,开展激光驱动飞片间接冲击金属箔板的变形特性实验和有限元数值模拟研究。主要工作有以下几个方面:探讨了激光驱动飞片加载及其金属箔板成形的机理。包括激光诱导等离子体产生冲击波压力的数学模型、激光驱动飞片靶的结构及其影响因素、激光驱动飞片的解析过程、飞片高速碰撞靶材的冲击动力学行为、冲击波导致的温升和靶材高应变率的塑性变形,这些研究为微成形工艺参数的合理选取及成形过程的数值模拟奠定了基础。构建了激光驱动飞片加载下箔板间接冲...  (本文共152页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国工程物理研究院
中国工程物理研究院

激光烧蚀固体材料引起力学效应的数值模拟研究

高强度激光照射固体靶材表面时,激光能量被靶表面的物质及附近的环境气体吸收,其中环境气体吸收激光能量后直接发生电离,形成等离子体;而固体的靶物质吸收激光能量后,局部升温、熔融、气化,直至电离,形成蒸气等离子体。激光照射靶材引起蒸气或等离子体的流体力学运动及其在凝聚态靶中的力学响应,构成了激光对靶的力学效应。激光烧蚀固体引起材料的力学效应有许多重要的应用,如激光冲击硬化、激光驱动高速飞片、激光推进、激光清除空间碎片、激光驱动准等熵、惯性约束聚变(ICF)、材料高压状态方程、高应变率下材料动态力学性能研究等。本文利用激光体烧蚀模型,根据流体力学理论并采用一维Lagrange有限差分的计算方法,对激光烧蚀固体材料引起力学效应进行了系统的数值模拟研究。本文首先简述了激光烧蚀固体引起材料的力学效应并综述了激光烧蚀固体材料引起力学效应的应用。接下来对激光辐照自由面靶引起的蒸气或等离子体的流体力学运动进行了描述,包括靶蒸汽的一维定常流动,激光烧...  (本文共133页) 本文目录 | 阅读全文>>

《激光技术》2012年03期
激光技术

激光驱动飞片加载下基体/薄膜层裂微成形研究

引言微机电系统技术和微电子技术的迅猛发展,使得具有轻、薄、小等特点的微器件的需求量不断增加。微型金属零部件的加工变得越来越重要[1]。然而,目前微器件的制造方法受到加工效率低、成本高、污染环境等问题的限制,难以满足产业化生产要求,使得基于传统塑性成形工艺的微成形技术很难得到迅速发展[2]。因此,有必要开发一种无污染、高效率、低成本的微型零件加工技术。激光驱动飞片加载金属薄膜层裂微成形是一种新型的微成形技术,该技术利用飞片作为激光能量载体,将激光能量转化为飞片动能,高速运动的飞片撞击工件,致使工件在膜基界面结合处发生层裂,在模具的约束下,实现金属薄膜的微成形。这种高速动态成形技术效率高、成本低、环境污染少,并且具有很高的成形能力,大大削弱了传统微成形技术中微尺寸效应的影响。CHENG等人[3]发现,激光诱导高压冲击波成形实验中,材料的应变率极高,成形能力高于准静态成形。1金属薄膜/基体界面层裂及成形机理图1所示为激光驱动飞片加载冲...  (本文共3页) 阅读全文>>

同济大学
同济大学

激光驱动高能X射线源及其应用实验研究

激光驱动X射线源的实验研究是惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion简称ICF)相关物理研究的重要内容之一。一方面,通过测量高温等离子体产生的X射线谱及其时间空间分布,可以获得电子温度、电子密度、电子分布函数、膨胀速度、能量吸收等等离子体的各种基本状态特性参数;另一方面,通过对激光打靶产生的高能X射线的优化,发展高能量、准单色的X射线光源,并以其作背光光源或者探针光对样品进行成像和诊断,是激光等离子体研究中的重要实验手段。激光驱动X射线源的研究是一门庞大的课题,本课题研究的重点内容就是研究高功率激光驱动下的几keV能段的高亮度、准单色X射线背光源的特性,及其用于背光诊断的实验方法,并与ICF点火问题相关的其他方面的研究相配套。本文第一章简要介绍激光驱动X射线源的研究背景及意义,阐述X射线研究与ICF的相关性,及课题所研究的X射线的大致范围。第二章为激光驱动X射线的理论基础,包括激光与靶耦合、X射线的产...  (本文共58页) 本文目录 | 阅读全文>>