针对激光减阻中激光等离子体热核与正激波相互作用物理现象, 运用高精度纹影测量技术研究分析了激光等离子体热核在正激波冲击下的流动结构特性, 获得了激光能量与激波速度两个关键因素的影响规律。实验结果表明: 在正激波的冲击下, 热核宽度呈先上升然后稳定并有减小的趋势, 入射激光能量越高, 热核在激波冲击下的宽度越大; 热核的长度在正激波冲击下迅速减小然后以固定的速度线性增长, 增长速度约为入射激波速度的19%。研究结论可为实际应用中有效增强减阻效果和延长持续时间提供依据, 相关方法和结果对激光等离子体主动流动控制研究也具有很好的参考价值。

激光等离子体热核与正激波相互作用是复杂激光减阻科学问题中最基本的物理现象。建立了基于激波管和激光能量沉积的实验平台, 利用高精度纹影系统捕捉了激光等离子体热核在正激波冲击下的流动结构特性。实验结果表明: 激光等离子体热核界面变形, 弯曲并最终形成双涡环结构, 展向尺寸迅速增大然后降低并逐渐稳定在7.7 mm左右, 流向尺寸先降低然后在激波离开热核之后以114.3 m/s的速度线性增长, 从微观层面进一步揭示了激光减阻机理, 对等离子体主动流动控制的相关研究具有很好的借鉴参考价值。

通过基于结果的自适应算法对激光穿孔过程中的撞击射流场结构进行了计算。辅助气体与工件之间相互作用的本质过程可以描述为轴对称撞击射流过程,高压气体的轴对称撞击射流可以展示在高压状态下气体与工件之间的相互作用。气体射流与工件相互作用时,入射斜波与正激波发生直接接触和非接触的两种不同状态,分析了高压气体辅助激光切割第二个合理的加工区域的存在原因,加工参数对切口中气体动力学性能的影响,以及分析高压气体辅助加工能力随工件与喷嘴距离之间的关系。通常在入射斜波与正激波直接相互作用没有完成时,质量流率随工件与喷嘴距离变大而剧烈衰减,因此高压气体辅助激光切割时要尽可能保证工件与喷嘴的距离限定在合理的范围内。