激光与含能材料相互作用机理研究

激光与含能材料相互作用机理研究

本论文研究了Nd³⁺：YAG激光与含能材料互作用的特性和机理。其主要内容如下：（1）测试和分析了B／KNO₃、硝酸肼镍（NHN）和Zr／KClO₄的激光点火感度和点火延滞期等激光点火特性。结果表明，随着激光能量密度的增大，点火延滞期缩短，当激光能量密度增大到一定值时，点火延滞期由于烧蚀和等离子体的影响会出现延长的趋势；同时还研究了Zr／KClO₄质量配比对其激光点火性能的影响，结果表明，当质量配比为1：1时药剂的激光点火感度最高；（2）研究了在RDX、HNS、PETN

和HMX中掺杂硼和碳以及在其表面覆盖一层玻璃窗口以形成密闭体系对上述药剂激光起爆特性的影响。通过扫描电镜观察敞口条件下经激光作用后药剂表面烧蚀坑的情况。

在RDX、HNS、PETN和HMX中搀杂硼和碳可以明显的提高药剂的激光吸收率，因而提高药剂的点火感度，缩短了点火延滞期。密闭体系抑制了物质和能量从药剂表面流失，从而提高了药剂的点火感度，缩短了点火延滞期；（3）研究了在敞口和密闭体系下，B／KNO₃（40／60）以及B／KNO₃／酚醛树脂（40／60／5）的激光点火特性。结果表明，搀杂酚醛树脂和密闭体系都可以抑制B／KNO₃的烧蚀，提高了点火感度，缩短了点火延滞期；（4）从热机理出发，建立了激光点火一维和二维有限差分模型，并模拟了不同激光和药剂参数条件下药剂表面温度的变化过程。模拟结果表明，一维模型模拟的点火感度和实验值比较吻合，点火延滞期模拟值在能量密度小于2J ／cm²时和实验值较吻合，当能量密度大于2J／cm²时和实验值相差一个数量级；二维模型模拟的点火感度和实验值相差较大，而点火延滞期比较吻合；（5）在激光点火一维模型的基础上，建立了熔化和烧蚀物理模型，推出了熔化潜热和烧蚀潜热的计算公式，并利用上述模型模拟了激光作用下药剂表面温度变化过程。

结果表明，熔化模型模拟的温度在达到药剂熔点时保持不变，当吸收的热量积累到熔化潜热后，温度继续上升；熔化模型模拟的温度达到烧蚀温度后，表面温度出现振荡分布。