高功率激光與水下物質(zhì)相互作用過(guò)程與機(jī)理研究.pdf

1、該文從理論和實(shí)驗(yàn)上全面研究了高功率激光與液體中物質(zhì)相互作用過(guò)程中激光等離子體沖擊波的傳播特性、激光空泡動(dòng)力學(xué)以及空化空蝕的作用機(jī)制,并對(duì)有關(guān)特征參數(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值計(jì)算研究.根據(jù)點(diǎn)爆炸球?qū)ΨQ沖擊波在自由空間中傳播的約束條件,首次提出了空氣中激光等離子體球?qū)ΨQ沖擊波在衰減階段的傳播規(guī)律,建立了強(qiáng)沖擊波運(yùn)動(dòng)規(guī)律與波源熱力學(xué)參量、介質(zhì)聲學(xué)特性參量之間的關(guān)系.該點(diǎn)爆炸沖擊波傳播方程克服了經(jīng)典Taylor模型在描述沖擊波離爆心不遠(yuǎn)處或運(yùn)動(dòng)晚期

2、與實(shí)際過(guò)程明顯不符的缺陷.從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面驗(yàn)證了Taylor解是該沖擊波運(yùn)動(dòng)方程在中場(chǎng)階段的近似形式.得到了沖擊波波陣面處溫度、壓強(qiáng)、氣體密度和粒子運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)的時(shí)空變化規(guī)律.基于液體中激光等離子體沖擊波非完全中心對(duì)稱結(jié)構(gòu),首次提出了液體中激光等離子體沖擊波等效旋轉(zhuǎn)橢球面波前傳播模型,揭示了旋轉(zhuǎn)橢球面沖擊波向球面波衰減演化過(guò)程中沖擊波波后物理特性參量的變化規(guī)律.論證了點(diǎn)源球面沖擊波是旋轉(zhuǎn)橢球面沖擊波的特例.采用自行研制的基于光纖耦

3、合的光束偏轉(zhuǎn)測(cè)試系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)研究了高功率激光燒蝕水下靶材時(shí)所產(chǎn)生的激光等離子體沖擊波、激光空泡及其空泡潰滅誘導(dǎo)的沖擊波等物理現(xiàn)象.系統(tǒng)分析了激光等離子體沖擊波的時(shí)空變化規(guī)律、等離子體沖擊波與空泡膨脹壁的分離過(guò)程、空泡的脈動(dòng)特性以及空泡潰滅誘導(dǎo)的沖擊波形成機(jī)制.進(jìn)而根據(jù)空泡動(dòng)力學(xué)方程,結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果得到了空泡在實(shí)際脈動(dòng)中腔內(nèi)含氣量的變化規(guī)律;以及空泡能量和腔內(nèi)含氣量對(duì)空泡脈動(dòng)影響的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系.實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了空蝕機(jī)制對(duì)激光打孔效率的影響,并根