Введение к работе
. / Актуальность темы.
Быстрое развитие техники генерирования потоков излучения большой мощности .связанное с разработкой мощных оптических квантовых генераторов , сделало весьма актуальной проблему взаимодействия интенсивного излучения с веществом . За последние годы в этой области появились многочисленные исследования , дающие возможность сделать выводы о Физических процессах, вызванных действием мощного излучения , а в ряде случаев и рассчитывать некоторые характеристики данных процессов . Результаты подобных исследований имеют важное прикладное значение , поскольку они составляют основу для многочисленных применений лазеров в науке и технике . Лазерное излучение оказалось весьма удобным инструментом для ряда технологических процессов . Доступность и экономическая эффективность надежного лазерного технологического оборудования явилась важным Фактором для широкого практического применения лазерной техники в промышленности . Импульсные лазеры уже на современном уровне превзошли по импульсной мощности все другие источники энергии . Однако средняя мощность лазеров пока недостаточна . Тем не менее, можно ожидать, что в ближайшие годы появятся более производительные , мощные и надежные установки . Благодаря когерентности , луч лазера может быть сфокусирован в пятно с размерами порядка длины волны излучения (10 мкм для С02 - лазера >. При выходной мощности Е ~ 10 Вт в Фокусе достигается интенсивность излучения , достаточная для плавления или испарения любого известного материала. В последнее десятилетие в аэродинамике и химической технологии большое внимание уделяется обтеканию испаряющихся тел .
"zzk-; .;ь# луч способен разрезать материалы , которые «-по той или иной причине трудно обрабатывать другими способами , например , титан , композиционные материалы . Этому процессу способствует обдув зоны резания струей газа . Применение для обдува кислорода , хлора или другого активного газа приводит к окислению расплава и удалению его из разреза . Если окисление материала в зоне разреза нежелательно , для обдува применяются неактивные газы , например , азот или аргон . Тот факт , что указанную обработку можно производить с большой точностью в труднодоступных местах совершенно не затрагивая близлежащие участки изделия, является поистине уникальным достоинством лазерного метода обработки материалов .
Актуальность данной работы определяется также необходимостью исследования защиты летательного аппарата (ЛА) от воздействия мощного излучения. В частности, представляет интерес процесс разрушения различных защитных покрытий поверхности под действием лазерного излучения умеренной интенсивности . Поэтому большое значение приобретает моделирование процессов, происходящих при воздействии лазерного излучения на различные поверхности.
В случае воздействия излучения достаточно большой мошности на мишень , находящуюся в вакууме , силовое воздействие .излучения вызвано в основном реактивной отдачей при выбросе вещества твердого тела . Однако в случае присутствия газа , окружающего мишень , изменение динамики разлета газа может оказать существенное влияние на силовое воздействие .
Разлетающиеся продукты распада поверхности могут вызвать прожиг острых кромок тела , помпаж двигателя и другие эффекты ,
вызывающие существенное изменение аэродинамики ЛА .
Цель работы. Основная задача работы состоит в:
і. Получении картины течения окружающего тело газа и продуктов разрушения поверхности.
-
Определении силового воздействия на поверхность лазерного излучения умеренной интенсивности.
-
Определении картины распределения температуры тела, а также глубины разрушения тела, находящегося под действием лазерного излучения.
-
Проведении конкретных исследований по влиянию различных параметров ( давления и скорости обтекающего поверхность газа, энергии и длительности лазерного импульса и т.д. ).
-
Совершенствованки метода прямого статистического моделирования и применении его к расчету трехмерного течения смеси невязких нетеплопроводных сжимаемых газов.
-
Тестировании методики статистического моделирования при расчете течений невязкого нетеплопроводного сжимаемого газа различной размерности.
Научная новизна. Основные положения, имеющие научную новизну и выносимые на защиту - следующие:
і. Построение на основе известных Физических моделей испарения и сильной конденсации расчетной модели взаимодействия лазерного излучения умеренной интенсивности с поверхностью, вдоль которой двигается газ.
2. Использование данной расчетной модели для определения параметров газа в поле течения , силового воздействия на
- 6 -поверхность , величины уносимой с поверхности массы , глубины разрушения поверхности и т.д.
-
Исследовано влияние различных параметров на процесс воздействия лазерного излучения на поверхность.
-
Написана программа, позволявшая проводить расчеты воздействия лазерного излучения на поверхность, вдоль которой движется газ. Учитываются процессы теплопроводности в теле , конденсации продуктов разрушения поверхности в потоке, а также процессы испарения - конденсации на поверхности.
Практическая ценность работы. Результаты данной диссертационной работы могут быть использованы для расчетов воздействия лазерного излучения на поверхность тела, двигающегося в газе. Такие расчеты необходимы при исследовании аэродинамики ЛА , на который воздействует лазерное излучение, а также для лазерной обработки материалов.
Апробация работы. Отдельные части работы докладывались и обсуждались:
на XXX11 Научной конференции МФТИ ( г. Москва. 1988 г.),
на Всесоюзной школе по моделям механики сплошной среды
( Г. НоВОСИбИРСК. 1987 Г. )
- на IX Всесоюзной конференции по динамике разреженных газов ( г.
СверДЛОВСК, 1987 Г. ),
на Научной конференции ЦАГИ ( г. Москва, 1988 г. >,
на X Всесоюзной конференции по динамике разреженных газов < г.
МОСКВа, 1989 г. ),
- на советско - американском симпозиуме по вычислительной
аэродинамике ( г. Ташкент, 1989 г. >,
на ВДНХ СССР ( серебряная медаль ВДНХ СССР, * 15061, 1988 г. ),
на международной выставке по информатике < Сингапур, 1989 >.
Основные результаты работы опубликованы в восьми с 1-8 ] работах, кроме того опубликована статья,содержание которой тесно связано с тематикой проведенного исследования.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, з-х глав, выводов и списка литературы из 47 наименований. Работа изложена на 95 страницах машинописного текста , содержит две таблицы, 54 рисунка .