激光驱动飞片机理和作用规律研究

The technology of laser-driven flyer has important application values on the aspects of initation explosive, space fragment and high-pressure physics experiments. Studying the physical mechanism and the law in the laser-driven flyer process will be improtant for design the laser-driven flyer system. In this project, the experiments of laser ablation aluminum film will be conducted and the schlieren photography technique will be applied for the observations of laser-supported detonation waves and plasma flow field. The laser-supported detonation waves produced, the formation mechanism of plasma and the evolution of the flow field will be analyzed. Additionally, the numerical simulation technology will be set up for obtaining more details message in the process of the laser-ssupported Detonation waves and plasma flow field. In further, the measure techniques of flyer velocity and flyer integrity, the mechanism and law of laser-driven flyer of muti-layer in muti-laser pulse will be investigated. In addition, a numerical model will be studyed to calculate the whole process of laser-driven flyer. Finally, the design theory and caculation method for laser-driven flyer sysytem will be established. The way to improve the flyer velocity and integrity in technical will be explored.

激光驱动飞片技术在先进起爆技术、空间碎片高速撞击和高压物理实验等方面具有重要的应用价值。深入认识激光驱动飞片的作用机理和规律,对高效能激光驱动飞片系统研究具有重要意义。本项目主要进行激光作用金属膜体表面的爆轰波及等离子流场的实验，观测爆轰流场结构，分析爆轰波及等离子体的形成机理和流场演化规律，研究爆轰波流场的理论计算方法，掌握激光驱动飞片速度和形态测量技术，研究多脉冲激光和复合膜体下驱动飞片的作用机理和规律，构建激光驱动飞片的计算模型，实现激光驱动飞片数值模拟，建立激光驱动飞片系统的设计理论和计算方法，探索进一步提高飞片速度和完整性的技术途径。

强激光作用于光学窗上的金属膜，烧蚀部分金属膜体产生等离子体，驱动剩余薄膜形成高速飞片。激光驱动飞片技术在先进起爆技术空间碎片高速撞击和高压物理实验中有重要应用价值。深入认识激光驱动飞片的作用机理和规律，对高效能激光驱动飞片系统研究具有重要意义。 本项目进行了强激光作用铝靶产生等离子体和爆轰波实验，建立了以激光为背景光源的高速纹影照相法，观察了不同激光能量下爆轰波流场演化规律。结果显示，激光作用下爆轰波流场可分为波阵面、波后压缩空气区和等离子体发光区三部分。波阵面的初始形状与激光能量密切相关。建立了激光作用铝靶的等离子体和爆轰波流场计算模型。考虑了铝表面气化、等离子体对激光能量吸收和辐射损失。应用带电离度的等离子体状态方程，实现了激光作用下的等离子体和爆轰波的数值模拟。分析了激光能量对铝靶烧蚀、爆轰波流场演化的影响规律。 建立了激光作用膜体驱动飞片的理论计算模型。计算分析了膜体材料和结构组成对飞片速度的影响，优化设计了复合膜体结构。进行了强激光作用单膜和复合膜驱动飞片实验。采用压电薄膜测量法，测量了飞片运动速度，分析了飞片加速性能。分析表明：不同激光能量下飞片的加速特征基本相似。在复合膜中随着光爆层厚度增加，飞片速度呈现先增大后降低的趋势。光爆层存在一个最优能量吸收厚度。 建立了激光驱动飞片的二维轴对称计算模型。考虑了膜体相变、等离子体电离、膨胀和驱动飞片等关键过程。实现了激光烧蚀，激光与等离子体，等离子体与飞片作用的耦合计算。对激光作用单膜和复合膜驱动飞片进行了数值模拟。分析了激光能量对飞片加速性能、膜体烧蚀特性和等离子体流场的影响规律。计算发现在飞片加速期间，等离子体速度为轴向线性分布；光隔层能有效降低飞片层温度，有利于保持飞片的完整性。