2中国航发南方工业有限公司,湖南 株洲 412002
为了满足空气动力学要求,采用共形薄壁结构的整流罩或光学窗口成为未来高速飞行器的发展趋势。但是这类零件在加工过程中,切削力会随着轴向位置发生改变,一次加工难以达到精度要求,需要通过在位测量、补偿加工来控制切削力变化所引起的面形误差。以超精密车床作为运动平台,设计高陡度薄壁光学零件的在位检测系统,研究测点分布的优化算法,实现测量效率和测量精度的统一;建立热变形误差修正模型,提高高陡度薄壁光学零件在位测量的精度。针对某型高陡度薄壁头罩,通过在位测量为补偿加工提供指导,将头罩表面误差由峰谷比(peak-to-valley, PV)3.1 μm控制到PV 0.7 μm,将同轴度控制到1.02 μm,满足光学系统的性能要求。
强激光与粒子束
2021, 33(1): 012002
中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900
磁驱动准等熵加载技术通过电流产生的磁压力加载材料,加载路径由负载电流波形和负载结构决定。作为应变率介于静高压加载和冲击加载之间的新型实验技术,熵增小、温升低。10 MA装置是典型的多支路汇流装置,包括24个电流支路,可在较大范围内控制负载电流波形,实现mm厚、cm直径样品在不同应变率下的准等熵加载。基于10 MA装置,通过调节负载电流波形实现样品加载路径控制,在一定压力-应变率范围,开展金属钽的强度实验研究,获取了不同厚度金属钽样品的加-卸载波剖面速度历史,分析获得了钽在系列峰值压力下的强度数据,比较了多个加载平台不同加载路径下的强度数据,实验结果与美国圣地亚国家实验室的磁驱动准等熵结果接近(平均应变率都约为105 s?1),明显高于冲击加载的流动强度,低于准静态加载获取的流动强度,与应变率增高强度会有所下降的理论预测一致。基于多支路汇流装置,未来将可开展更为丰富的材料动力学特性实验研究。
磁驱动准等熵 电流波形 强度 加载路径 钽 magnetically driven quasi-isentropic current shape strength loading history tantalum 强激光与粒子束
2021, 33(4): 045001
湖南航天环宇通信科技股份有限公司, 湖南 长沙 410205
精密光学元件在加工过程中如果工艺控制不当, 产生的划痕、麻点等疵病分布范围虽然较小, 但对整个光学系统的性能影响却很大, 破坏力非常强, 目前的表面疵病检测仪基本上针对平面或球面光学元件进行离线检测。文章以光学加工机床为运动平台, 采用暗场散射成像方法, 设计多光束均匀照明系统, 研究表面疵病微细特征的识别算法, 实现大口径光学表面疵病的在位检测与评价; 标定结果表明, 表面疵病宽度偏差为2.05%, 长度偏差为2.39%, 满足指标要求; 在此基础上针对Φ280 mm平面硅镜进行自动化在位检测, 给出了不同类型疵病的统计数据, 解决了离线检测中非加工时间长与多次装夹引起定位误差等问题。
光学元件 表面疵病 散射成像 在位检测 图像处理 optical elements surface defects scattering imaging In situ detection image processing
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
光子多普勒测速系统(PDV)常采用全光纤模式, 操作方便, 已成为材料超高压动态实验获取动力学特性的重要诊断技术。测速范围和精度与光电传感器和数据采集仪器有关, 激光到达靶面后返回光电转换器, 速度由多普勒引起的频率变化直接解读。聚龙一号装置是开展材料动态实验的重要平台, 放电电流峰值5~8 MA, 0~100%上升时间300~750 ns。在装置放电过程中, 靶室和大厅中的强电磁干扰可以达到10~300 MHz, 当干扰耦合进返回光信号后, 导致速度剖面解读困难。采用聚四氟乙烯绝缘膜和导电铝膜包覆测速探针很好地抑制了强电磁干扰信号对光信号的干扰, 大大提高了速度测量数据的有效性。
强电磁干扰 光子多普勒 聚龙一号 频率 速度 strong electromagnetic interference photonic Doppler PTS facility frequency velocity 强激光与粒子束
2019, 31(10): 103217
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621999
2 湘潭大学 数学与计算科学学院, 湖南 湘潭 411105
为了对磁驱动实验提供高置信度的数值模拟, 需要开展磁流体力学程序的验证与确认。采用人为解比较法、网格收敛性研究和与成熟程序比较等方法, 对二维磁驱动数值模拟程序MDSC2进行了程序验证。数值模拟表明: MDSC2程序正确地表示了磁流体力学模型, 其中热扩散、磁扩散的离散格式具有二阶收敛精度。采用与磁驱动实验相比较的方法, 进行了MDSC2程序的确认。对聚龙一号装置上的PTS-061发次磁驱动单侧飞片发射和PTS-122发次磁驱动双侧飞片发射实验进行了模拟, 模拟的飞片自由面速度与实验测量的飞片自由面速度相一致; 对FP-1装置上的固体套筒实验进行了模拟, 模拟的套筒内外半径与实验测量结果相一致。MDSC2程序能正确模拟磁驱动单侧飞片发射、磁驱动双侧飞片发射和磁驱动固体套筒等磁驱动实验。
二维磁驱动数值模拟程序 验证 确认 数值模拟 two dimensional magnetically driven simulation cod verification validation numerical simulation 强激光与粒子束
2019, 31(6): 065001
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国科学技术大学 工程与应用物理系, 合肥 230026
聚龙一号装置由24路模块并联组成, 通过调整24路模块中激光触发气体开关的导通时序可实现负载电流波形的精确调节, 以满足磁驱动加载实验所要求的负载电流波形灵活调节的需求。针对聚龙一号装置开展的磁驱动加载实验, 建立了能够描述能量从Marx发生器开始至负载整个传输过程的全电路模型, 开发了相应的电路计算程序, 并基于实验结果对计算程序进行了校验, 电路模拟结果与实验结果符合较好。电路模拟程序的计算效率比采用Pspice软件进行全电路计算的效率显著提高, 其不仅可应用于在给定激光触发气体开关导通时序的情况下对聚龙一号装置的输出特性进行预测和评估, 同时也为负载电流波形调节的方案设计提供了一种有效工具。
聚龙一号装置 波形调节 电路模拟 磁驱动加载 PTS facility shaping current pulse circuit simulation magnetically driven 强激光与粒子束
2018, 30(12): 125001
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
介绍了Z箍缩初级实验平台“聚龙一号”装置24路模块的精确控制技术和实验结果, 通过采用24个激光触发开关来控制24路模块的精确导通, 实现了对“聚龙一号”装置输出电流波形的精确控制和调节。24个激光触发开关由12台Nd:YAG四倍频脉冲激光器来触发, 每台激光器分光后触发2路激光开关。实验结果表明: 24路激光之间的抖动小于1.0 ns, 激光开关的抖动小于1.5 ns, “聚龙一号”装置在主Marx充电电压为65 kV时,当24路模块同步导通时,获得负载电流9.8 MA,电流前沿上升时间(10%~90%)为75 ns;在24路模块分时放电时,实现了对电流波形的精确调节,电流前沿上升时间(10%~90%)可以拓展到600 ns, 对应的负载电流峰值为5.5 MA,电流波形的模拟值与实验测量结果基本一致,在相同负载和实验条件下,获得的电流波形具有很好的重复性。
激光开关 触发 抖动 Nd:YAG激光器 laser triggering switch trigger jitter Nd:YAG laser 强激光与粒子束
2018, 30(3): 035003
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
固体套筒内爆是采用实验方法研究高能量密度状态下的材料力学性能的重要加载手段之一,国内已经建立起若干开展电磁内爆研究的驱动器。从电流脉冲前沿对固体套筒内爆性能影响的角度进行分析,为如何选择现有的实验装置开展固体套筒内爆实验研究提供依据。采用不可压缩零维模型进行计算,获得了套筒内爆速度受套筒尺寸、电流幅值以及电流脉冲前沿的影响情况。计算结果表明,开展固体套筒内爆的实验研究应选择电流脉冲前沿大于2 μs的装置,这也为未来设计驱动能力更强的固体套筒内爆实验装置奠定了基础。
固体套筒 内爆 脉冲功率技术 solid liner implosion pulsed power technology 强激光与粒子束
2017, 29(10): 105002
国防科技大学 机电工程与自动化学院 超精密加工技术湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410073
超精密车削技术适于加工KDP(磷酸二氢钾)等频率转换类型的强光光学零件, 但车削表面存在明显的加工纹理, 导致抗激光损伤阈值降低。以加工表面误差幅值及其频谱分布为对象, 分析了KDP光学零件超精密车削的加工特征和误差形态, 采用功率谱密度(PSD)评价方法研究了工艺参数与误差频谱的内在关系, 结果表明: 不同进给速度及主轴转速将使螺旋形刀痕的间距发生变化, 进而影响KDP表面误差的频率成分; 切削深度虽然对误差频谱影响很小, 但会改变PSD的幅值; 当主轴转速高于500 r/min、进给速度小于2 mm/min、切削深度小于2 μm时能够加工出rms值优于20 nm的KDP面形。在此基础上, 以典型KDP光学零件加工为例, 通过超精密补偿车削方法将低频误差的PSD控制在300 nm2·mm以内, 中高频误差的PSD控制到国家点火装置(NIF)标准线以下, 满足强光系统的工作要求。
光学制造 超精密车削 面形误差 功率谱密度(PSD) optical manufacturing KDP KDP ultra-precision turning surface error power spectral density (PSD)