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激光驱动飞片点火设计技术研究

赵翔

  起爆系统的安全性与可靠性设计在武器系统研制中扮演着极其重要的角色。激光驱动飞片点火方式由于其点火能量形式的独特性,被认为是未来安全起爆的重要方式之一。本文针对激光驱动飞片点火的设计技术,从机理分析、理论计算和实验验证等方面,进行了深入系统的研究。 本文根据点火系统的目标要求,提出了激光驱动飞片点火系统的总体设计方案,明确了各关键部件的功能和指标特性,并从系统角度提出了小型化和工程化的途径和方向; 在深入理解激光与金属靶作用机理的基础上,通过分析激光支持爆轰波(LSDW)的时空发展行为,建立了激光-靶耦合的力学模型。以铝飞片为例,推导了飞片主要特征参量的计算公式(包括:动量、速度、动能、能量利用率、最佳加速距离和比冲能),讨论了激光参数(功率密度、脉宽和焦斑直径)和飞片结构参数(飞片半径和厚度)对上述参量的影响。为了能够对飞片的形成过程有更加全面的认识,本文还讨论了完整飞片形成的三大要素,即:激光对膜的烧蚀、飞片的形成阈值、飞片的完整性。理论计算了脉冲激光对铝、铜和镁三种膜的烧蚀深度;重点分析了激光功率密度和脉宽与三种膜烧蚀深度的关系。以铝膜为例,开展了相应的实验研究;理论计算了铜、铝和镁飞片形成的能量密度阈值和功率密度阈值,并分析了脉宽对阈值的影响;探索了飞片完整性的影响因素,开展了飞片完整性的评估实验; 在不同激光输入能量、不同飞片结构情况下,采用光纤探针阵列测试系统对飞片的平面性和平均速度进行了测试。测试结果显示:相同输入条件下,复合飞片性能(平面性、速度、能量利用率)均优于单层飞片;绝热层的厚度对复合飞片的平面性没有显著影响,但可影响飞片的速度和能量利用率。绝热层较厚的复合飞片可获得更高的速度和能量利用率。……   
[关键词]:激光;飞片;安全性;激光等离子体;爆轰波
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国工程物理研究院2009年