飛秒激光等離子體在高超聲速飛行器減阻降溫中的應用.pdf

1、高超聲速飛行器減阻降溫已成為航天領域內(nèi)重要的研究課題，本文主要探索了利用飛秒激光等離子體實現(xiàn)飛行器減阻降溫的問題，主要是數(shù)值計算和理論分析研究。
　　首先分析了飛秒激光擊穿空氣產(chǎn)生等離子體、沖擊波的演化過程，模擬計算了距離地球表面30km、來流馬赫數(shù)為5的大氣環(huán)境中，在飛行器前端注入飛秒激光能量后產(chǎn)生的等離子體沖擊波與鈍體飛行器頭部正激波相互耦合的演化過程，分析了飛秒激光等離子體減阻降溫的機理。飛秒激光擊穿空氣產(chǎn)生高溫高壓的等離子

2、體，等離子體吸收激光能量向外迅速膨脹的過程中推動周圍空氣產(chǎn)生沖擊波，沖擊波與鈍體飛行器頭部的弓形正激波相互耦合，使弓形激波的結構了發(fā)生變化，將其變?yōu)檩^弱的斜激波，從而降低了激波對飛行器表面的壓力，減小了飛行器壁面與周圍大氣的摩擦，使得周圍氣體向飛行器壁面?zhèn)鬟f的熱量減少，實現(xiàn)了飛行器的減阻降溫。
　　然后通過求解 Navier-Stokes方程，計算了飛秒激光能量、激光重復頻率、激光聚焦位置以及來流馬赫數(shù)對飛行器減阻降溫效果的影響。

3、計算發(fā)現(xiàn)，一定范圍內(nèi)注入的飛秒激光能量越高，減阻比和降溫比越高，低阻力持續(xù)時間越長，實現(xiàn)飛行器減阻降溫時所需激光重復頻率越小。當在L=100 mm處注入激光能量為0.035mJ時減阻比可達93％，激光能量為0.015 mJ時降溫比可達80%。當激光點火位置 L/D=2時，減阻降溫效果最佳。減阻比和降溫比隨來流馬赫數(shù)的增加先增大后減小然后趨于穩(wěn)定。
　　最后，本論文提出了一種三激光能量點源沉積的新方式，理論模擬計算發(fā)現(xiàn)，此種方式與單