非平衡机制下激光与等离子体相互作用机理

采用三温度热化学非平衡模型,考虑了激光能量在空气等离子体中的共振吸收和逆韧致吸收机制,用有限差分NND格式对控制方程组进行数值离散.对等离子体点火过程进行耦合计算,并研究了不同入射激光强度条件下等离子体吸收波的形成和演化机制,讨论了粘性扩散效应对等离子体吸收波的影响.结果表明,在初始温度300K,大气压力条件下,生成ZND模式的LSD波所需最小激光强度为5.0×106 W/cm2.     

不同的扩散模型对再入体等离子体鞘电子密度分布的影响

本文研究不同的扩散模型对再入体等离子体鞘电子密度分布的影响。由于电子和离子的质量相差三个量级以上,电子的浓度扩散速度比离子大得多,引起正负电荷分离。由此产生的诱导电场又阻碍带电粒子的扩散运动。本文同时考虑这二种影响扩散的因素,得到了非平衡等离子体鞘带电粒子分布的数值解,并与准中性模型、双极扩散模型等其它三种近似模型进行了比较。计算表明:流场的大部份区域满足等离子体准中性假定,但在物面和激波附近存在电荷分离较明显的薄层,其厚度约为Debye屏蔽长度的量级。这种边界效应对中性粒子的分布影响甚微,但对带电粒子的分布则产生一定的影响。由此可以判断各种扩散模型的适用性。     

低能电子散射中的定域交换势(Ⅰ)电子被He，Ne和Ar原子的散射

文中利用自由电子气体近似(HFEGE)定域交换势和修正的半经典近似(MSCE)定域交换势,加上正交化方法(Orthogonalization technique),对能量在0.1～20eV的低能电子被He,Ne和Ar 原子的弹性散射过程进行了计算。其中靶原子的电荷分布以及入射电子和靶原子的静电作用利用原子的Roothaan-Hartree-Fock 波函数求出;相关和极化作用则用一个无参数的相关极化势近似表示。通过本文计算结果和严格计及交换作用的结果及实验数据相比较,对HFEGE和MSCE 交换势的准确性以及正交化过程对计算结果的影响进行了分析。     

低能电子散射中的定域交换势(I)电子被He,Ne和Ar原子的散射

文中利用自由电子气体近似(HFEGE)定域交换势和修正的半经典近似(MSCE)定域交换势,加上正交化方法(Orthogonalization technique),对能量在0.1～20eV的低能电子被He,Ne和Ar原子的弹性散射过程进行了计算。其中靶原子的电荷分布以及入射电子和靶原子的静电作用利用原子的Roothaan-Hartree Fock渡函数求出;相关和极化作用则用一个无参数的相关极化势近似表示。通过本文计算结果和严格计及交换作用的结果及实验数据相比较,对HFEGEE和MSCE交换势的准确性以及正交化过程对计算结果的影响进行了分析。     

入射频率对高功率微波与等离子体相互作用的影响分析

通过建立等离子体中的波动方程、电子传递方程和重物质传递方程,研究了等离子体对高功率微波传输特性的影响。研究了高功率微波与等离子体相互作用中产生的电子密度和透射电场的变化过程,并重点分析了变化过程中入射波频率产生的影响。研究结果表明,在相互作用过程中,等离子体中的电子密度和透射电场在一定条件下会发生阶跃变化,即等离子体区域平均电子数密度会在极短的时间内由1×10~9m~(-3)增加到1×10~(19)m~(-3),平均电场强度也会由初始场强跃变为零,并且这种变化的产生存在一定的入射阈值场强和最低产生时间。当入射电磁波的频率不同时,产生阶跃变化所需的场强阈值和最低产生时间就会变得不同,高功率微波与等离子体相互作用中存在一定的色散效应。在所考虑的范围内,阈值场强随入射波频率线性增长,而最低产生时间随电磁波频率呈非线性增长变化。     

超远程弹箭降弧段动力平衡角的快速计算方法

针对超远程弹道的快速计算问题,研究了降弧段动力平衡角的快速计算方法。首先根据动量定理和动量矩定理,建立了适用于高空且考虑气动力非线性和几何非线性的弹箭角运动方程。使用摄动法推导了考虑非齐次项影响的角动量矩方程和角动能方程。分别在线性和非线性静力矩条件下分析了攻角平均幅值的角动量矩和角动能表示,从而建立了缓变变量的攻角幅值计算模型。算例计算结果表明,该方法和与六自由度刚体弹道模型的计算结果符合较好,并且因计算过程中各变量变化缓慢,可使用较大的计算步长,由此可使用该方法建立超远程弹道的快速计算模型。     

有限维修能力下作战单元时变可用度评估模型

针对作战单元任务期内备件需求随任务阶段动态变化的现实情况,考虑作战单元因携行维修能力有限而导致可修件具有一定报废概率的影响,通过引入报废因子,建立两级保障体制下,故障件具有一定报废概率且不考虑外部补给的作战单元时变可用度评估模型。采用Extend Sim仿真软件进行计算,根据仿真值进行参数拟合得到模型中报废因子的近似解析表达形式。研究表明,报废因子能够适应不同的可靠性维修性参数值,模型具有较强的适应性。该模型有效解决了备件非平衡状态下的装备时变可用度评估问题,可为装备管理人员制定合理的保障方案提供支撑。     

阻化烟煤堆非稳态温度场计算

依据实验测得的干、水湿和阻化烟煤氧化反应的动力学参数 ,引入了氧传质模型和水蒸气平衡模型 ,利用计算机编程对干、水湿和阻化烟煤堆内的一维非稳态自热过程的模型分别进行差分计算 ,求得相应煤堆内的非稳态温度场。结果表明 ,采用简化的一维自热过程的非稳态数学模型计算 ,可以剖析氧传递、水蒸气平衡和阻化处理对煤堆自热的影响 ,可以评价实际煤堆的自热危险性和判断烟煤堆的阻化处理效果     

水下应用栅格翼动态展开参数预示方法

基于水下应用栅格翼动态展开过程动力学模型,根据展开特征角度定常水动力方法,拟合获得展开全程受到的流体力矩,并引入考虑相对速度影响的修正因子,形成水下应用栅格翼动态展开过程参数工程预示方法,以典型展开时序点航行体运动参数为设计输入,对栅格翼展开过程运动参数进行预示。通过与水下应用栅格翼非定常流场仿真计算数据以及水下航行体弹射试验数据对比,验证了上述预示方法的正确性及工程适用性,为水下应用栅格翼方案设计的优化及展开不同步性分析提供设计参考。     

核裂变过程动态模拟计算的动力学系数

本文利用(c,h,a)三参数旋转体模型计算了形变核的相对表面能、相对库仑能及相对转动能。这些相对能量与具体核无关,具有普适性,可以用于核裂变动态过程的模拟计算。利用这些结果,计算了一些核的形变位能随三参数变化的情况,给出了裂变位垒高度,与实验结果符合较好。对~(236)U的形变位能曲面作了较详细的分析,得出一些有益的结论。用Werner—Wheeler方法计算了形变核的惯性质量和粘滞张量随三参数变化情况,对断点线方程作了深入讨论,为核裂变动态过程的计算机模拟准备了必要的系数。     

应用于飞行器隐身等离子体的分析

根据雷达波隐身对等离子体电子数密度的要求 ,分析计算说明了热平衡与非热平衡等离子体以及冷等离子体可应用于飞行器的隐身。通过对等离子体不同产生方法、临界电子数密度的分析以及气体击穿电场强度的计算 ,归结出了不同等离子体的特点 ,并进而说明用稳态电源以及微波源产生的等离子体适合应用于飞行器隐身     

非平衡等离子体及其军事应用研究进展

高气压非平衡等离子体是当今世界经济、军事强国竞相研究的焦点,涉及工业、军事的高能物质(活性粒子)加工及其辐射的等离子体源及反应器(室)。目前,高气压非平衡等离子体及其源的研究局限于弱(电场)电离放电范畴,存在等离子体浓度低、能耗甚高和体积庞大等问题。为此,研究外加非均匀强电场、空间电荷形成的本征电场对离子的作用力及其运动规律,以便解决形成高浓度等离子体的方法及离子从强电场束缚中引出去的问题,为研制强电离放电非平衡等离子体源提供了理论基础及加工方法,此源外输的等离子体束的浓度有望达到1014/cm3。等离子体源及反应器可以做到微型化,每立方厘米有效放电体积处理气量高达15m3/h。它的体积、能耗、一次造价、运行成本等也将成万倍地降低,解决了等离子体工程化的现存问题;也能解决困扰世界各军事强国的飞行器等离子体隐身、减阻及天线的应用理论与方法问题。     

气象探空火箭气温测量不确定度评估方法

在气象火箭测温修正模型基础上,通过误差分析理论,对温度修正及其不确定度评估方法进行研究。根据火箭探空仪在空中下落过程中大气密度变化规律,建立温度修正数学模型,推导得到温度修正公式。根据误差理论,分析影响温度修正的八项误差因素,并逐项给出温度修正误差表达式。以气象火箭实测数据为例,运用上述公式,对探空火箭温度反演不确定度进行分析计算。结果表明:温度反演不确定度在50~60 km较大,最大为3.6 K;40~50 km不确定度为0.3~0.9 K;40 km以下,不大于0.3 K。影响温度不确定度的因素主要是气动加热修正项、滞后效应修正项、结构热传导修正项和传感器对环境热辐射修正项。数据处理时采用参考大气或标准大气仅进行一次修正是不够的,需进行迭代修正,单次修正结果与迭代修正结果差异最大可达5.6 K。     

MgSO4弛豫吸收对水下强声波脉冲传播的影响分析

对水下等离子体放电强声波脉冲实验测量波形进行FFT变换发现,其能量主要集中在100kHz以下的频段内,在这个频段内,海水中存在的一种盐类——MgSO4(硫酸镁)化学弛豫会造成声波的逾量吸收.本文从包含海水中MgSO4弛豫吸收的修正物质状态方程出发,推导了强声波脉冲传播的新的波动方程,并结合具体的数值算法,对强声波脉冲的传播进行了数值模拟,分析了MgSO4弛豫吸收对脉冲波形的传播及频谱的影响.研究表明,MgSO4弛豫吸收对陡峭的冲击脉冲波形具有平滑和展宽作用,使得脉冲的能量更靠近低频.这种效应与球面波阵面的几何扩散相结合,造成了强声波脉冲能量的逾量损失.     

载人飞船等离子体鞘电子密度分布的数值计算

研究高温空气的不同物理模型对载人飞船返回舱等离子体鞘电子密度的影响 ,包括热力平衡的化学非平衡模型与热力、化学都是非平衡的模型的比较 ,以及七组元模型与十一组元模型的比较。采用NND格式和时间预处理技术 ,得到了非平衡流全NS方程的时间渐近解 ,计算了载人飞船等离子体鞘电子密度的典型结果。与飞行试验及有关文献数值计算结果之比较表明 ,本文的计算结果是可信的     

传导冷却高温超导磁体热输运参数反演识别

在传导冷却高温超导磁体系统中,超导磁饼热导率以及磁饼与导冷体之间的界面热阻是影响热输运的主要因素,也是传导冷却超导磁体系统热设计的难点。为了获得准确的热导率和界面热阻参数,根据Levenberg-Marquardt算法提出通过表面测温确定传导冷却超导磁体热输运参数的反演识别方法。搭建低温实验数据测试平台,建立高温超导磁饼三维各向异性热传导模型。利用反演算法对传导冷却Bi2223高温超导磁体在40~76K温区的各向异性热导率与界面热阻进行反演识别,并分析测温误差对识别结果的影响。研究成果将为超导磁体热输运参数的获取提供一种新思路。     

Research on 2D Model of Capillary Discharge Plasma

The physical process of capillary discharge in a PE tube utilized in electro-thermal-chemical(ETC)guns was investigated.ETC guns can enhance the ignition and combustion of propellant in order to reduce the ignition delay and increase muzzle velocity of the projectile.A key component in ETC gun is the capillary plasma source.In this paper,a 2D steady state model of discharge was built by using magnetic hydrodynamics method.It took the plasma energy balance,material ablation,mass and momentum conservations in a quasi-neutral plasma region into account.Also,the effect of different compositions and PE concentration distribution were considered.In order to evaluate the validation of this model,the simulation results are compared with former works.     

Effect of microstructure on short pulse duration shock initiation of TATB and initial response mechanism

Micro-TATB particles with different sizes and 3D nanoporous TATB architectures with different specific surface areas were prepared through recrystallization to study short pulse duration shock initiation properties by electric gun technology. For micro-TATB, the initiation threshold significantly decreases with TATB average size ranging from 79.7 μm to 0.5 μm. For 3D nanoporous TATB architecture, the initiation threshold decreases and then increases with specific surface areas increased from 9.6 m²/g to 36.2 m²/g. The lowest initiation thresholds are obtained for the micro-TATB with average sizes of 1.3 μm and 0.5 μm, and 3D nanoporous TATB architecture with specific surface area of 22.4 m²/g. The shock initiation thresholds of micro-TATB and 3D nanoporous TATB architectures show significantly decreases with the porosity increased. The decomposition reaction and thermal conductivity properties were further investigated to understand the initial response mechanism. High porosity provides more collapse sites to generate high temperature for formation of hot spots. The low thermal conductivity and decomposition temperature could enhance the formation and ignition of the hot spots, and initial decomposition reaction of TATB. The effect of the decomposition temperature is higher than that of the thermal conductivity on the shock initiation properties. The enhanced decomposition reaction could promote energy release and transfer process from the ignition to the combustion. This work offers a new insight to understand the effects of microstructure on the shock initiation properties and the initial response mechanism of TATB.     

FCG电枢膨胀过程流体计算

建立了爆炸磁压缩装置 (FCG)的 2 D轴对称有限元模型 ,应用显式非线性动力分析程序进行求解 ,得到了爆磁压缩装置电枢膨胀过程的图像。电枢使用Johnson Cook材料模型和根据实验Hugoniot曲线确定的Gr櫣ｎｅｉｓｅｎ状态方程 ,考虑到了材料应变率硬化和塑性功绝热加热过程 ;炸药材料采用JWL状态方程 ,得到了铝金属管电枢的膨胀过程、膨胀张角以及塑性功导致的电枢温度升高