基于调谐TEA CO_2激光推进的研究

针对大气呼吸模式激光推进,采用可调谐TEA CO2激光器,选取CO2激光光谱中0001~1000带和0001~0200带中增益较强的四支谱线10P(20)、10R(12)、9P(28)及9R(14)进行了实验研究。实验结果表明,在大气呼吸模式激光推进中,空气的击穿阈值随激光波长的增大而降低,激光波长对飞行器获得的冲量耦合系数没有明显的影响。

微波大气击穿阈值的理论研究

本文通过对使用有效场强(或均方根场强)得到的微波大气击穿阈值表达式进行讨论,指出其推导中所做的假设及这些假设应用到微波大气击穿过程中存在的问题.然后分别使用解析理论和数值模拟对微波大气击穿过程中的有效电子温度变化过程和击穿阈值进行研究,并将其与直流电场进行比较.分析发现在高气压下,电子能量转移频率高,有效电子温度随电场大幅振荡,由于电离频率随有效电子温度的增长率大于电子能量损失随有效电子温度的增长率,因此在高气压时,微波大气击穿阈值低于使用有效场强的击穿阈值.通过大量分析,给出了理论推导和数值模拟得到的微波大气击穿阈值拟合表达式.

喇叭有效口径渐变法测量高功率微波天线近场气体击穿

设计了喇叭有效口径渐变法测量高功率微波气体击穿的实验方案,通过连续改变喇叭的有效口径改变天线近场的电场强度,使微波传输达到气体击穿的条件。介绍了实验原理及诊断方法,进行了L波段的高功率微波天线近场空气击穿实验,分析了实验中得到的典型波形。结果显示:脉宽30ns、L波段的微波在0.4×105 Pa空气中击穿阈值为33.9kV/cm。实验现象与设计吻合,验证了该方案研究微波气体击穿的可行性。

FDTD方法分析高功率微波对大气的电离与击穿

应用麦克斯韦方程和电子流体方程,利用时域有限差分方法(FDTD)计算模拟了高功率微波(HPM)对大气的电离与击穿;该方法用瞬时电场代替等效电场,时刻更新大气电离击穿过程中的电离频率和碰撞频率,消除了近似解析法未考虑大气电离击穿过程中电场幅度衰减而引起的误差,计算得到击穿阈值大小随海拔高度的变化趋势与文献所得的变化趋势相吻合,其值略大于近似解析解;并通过仿真计算分析了HPM脉冲幅值、脉宽以及海拔高度等参数对大气击穿的影响。

空气击穿过程中电子损耗对击穿阈值的影响

通过对高功率激光空气击穿的物理机理、电离机制的讨论,得到空气击穿过程中激光焦区内自由电子密度公式。考虑电子弹性碰撞损耗、电子复合损耗影响,给出了新的击穿阈值公式。该公式的计算结果同实验数据一致。

高功率激光表面大气击穿阈值的波长关系

通过对大气击穿的物理机制、低空大气中的自由电子及其寿命和电离机制进行讨论，给出了高功率激光大气击穿较为明晰的物理图像。并通过理论分析，给出了激光大气击穿阈值的波长关系，对给定波长激光的大气击穿阈值可以作出迅速的估值。

0．53μm光致大气击穿实验研究

对锁模Ｎｄ：ＹＡＧ倍频激光作用下，气溶胶粒子对激光大气击穿阈值的影响进行了研究，并对不同光学参数、不同气溶胶下的击穿阈值进行了测量。得到：空气中含较大粒子（Ａｌ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＺｒＯ２，１８ｔｈｇｌａｓｓ、ｄ＞３０μｍ）的光致击穿阈值比含较小粒子（ｄ＜１μｍ）的空气击穿阈值低２～３个数量级；含杂空气的击穿阈值随入射激光束直径的增大而下降、随气溶胶粒子直径的增大而减小，且随气溶胶的成分不同而不同。

雨滴对微波大气击穿过程的影响

将描述电磁波的Maxwell方程组和简化的等离子体流体方程组耦合数值求解,研究了雨滴对微波大气击穿过程的影响。由于雨滴介电常数的模远大于大气介电常数,故雨滴的存在可使局部场强增加到2倍(三维下为3倍),从而降低大气击穿所需的入射微波能量。雨滴的作用相当于一个局部的场强增强器,增加局部场强,诱导微波大气击穿,从而在雨滴附近形成丝状放电。等离子体丝出现后,其尖端取代雨滴成为新的场强增强器。多雨滴模拟结果显示微波上游雨滴附近的等离子体丝比下游有更好的发展。

不同波形高功率微波大气击穿研究

基于高功率微波实际波形的多样性,建立了计算不同波形大气击穿阈值方法仿真模型。通过该模型,分别计算了波形为锯齿形、正弦形、梯形及矩形高功率微波在不同高度上的击穿阈值,计算结果与实际情况相符。

激光大气击穿阈值的数值分析

针对大气中飞行器的等离子体隐身问题,数值计算了ns量级强激光击穿大气的阈值,讨论了一些相关条件对阈值的影响。结果表明:对于ns量级的入射激光,波长越长,大气的击穿阈值越小;气压越大,击穿阈值也越小;气体中存在的初始电子对不易产生光电离的长波长入射激光的击穿阈值,有明显的减少作用,但对短波长入射激光的击穿阈值几乎没有影响;脉宽越宽,激光辐照的时间越长,大气击穿的阈值越小。

基于混合大气传输模型的单脉冲高功率微波大气击穿理论与实验研究

综合考虑高功率微波强电场作用下的热致快速电子效应、碰撞频率、电离频率等充分体现高功率微波特性的参量模型,基于高功率微波混合大气传输模型,提出了单脉冲高功率微波混合大气统一非线性击穿模型,定义了单脉冲高功率微波击穿阈值.理论研究结果表明:考虑中性气体分子极化作用以及电子的碰撞热效应后,大气击穿时对应的等离子体频率明显变大;大气击穿阈值随高度的增加先逐渐减小然后增大,在30—60km区域存在一个极小值.开展了X波段窄带高功率微波单脉冲大气击穿实验研究,得到了典型条件下的高功率微波击穿现象、波形和阈值,且与理论结果一致性较好.