抗高能激光辐照涂层结构设计研究
本文关键词：抗高能激光辐照涂层结构设计研究 出处：《北京理工大学》2016年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：激光武器在打击目标时,会与表面材料发生剧烈相互作用,主要通过热破坏对目标实现杀伤,对于激光武器防护的要求日趋迫切,激光防护材料选取及结构设计成为关键。激光防护机制涉及反射、烧蚀和隔热等,这些材料种类较多,材料选取耦合结构设计不可能通过实验一一实现,模拟成为了优先选择。但目前对于激光防护材料、结构以及激光参数的系统分析报道较少,许多防护效果、防护能力尚不清楚。本文旨在通过采用数值模拟的方法计算不同成分、不同结构、不同激光条件下材料的温度场,分析了激光辐照下涂层和基体的温度分布规律,对后期激光防护材料的设计和选取提供理论依据。本文通过有限元模拟研究计算不同涂层组分比例及层数对温度场的影响,首先针对激光防护的几个要素反射、热疏导、隔热,分别选取了不同的材料作为功能层。通过控制变量,调整涂层材料组分比例、层数进行优化设计,最终求得最优的涂层结构设计。然后采用该涂层结构进行不同激光参数条件下的模拟,以衡量其激光防护能力大小,并用等离子喷涂的方法制备出该防护涂层,对其进行实际的激光辐照试验,得到其背温曲线,对比升温规律,考核其防护能力,通过模拟实验两方面对比,为日后激光辐照模拟奠定基础。本论文的主要研究结果如下:(1)通过前期对单组分材料的激光辐照实验研究,即针对具有较高反射率的金属材料Al、Cu、Ag的激光实验,研究结果表明三者具有相同厚度的涂层在红外波段内Ag涂层表现出高的反射率及优良的激光防护效果,故确定反射层材料为Ag。(2)通过有限元数值模拟分析,最佳的涂层结构体系为三层设计:由外到内依次为具有高反射率的银涂层,热疏导性优良的铝涂层和具有高隔热性的YSZ涂层的三层设计,该涂层具有良好的抗击光防护效果。(3)在此最优涂层结构设计方案指导下,采用等离子喷涂工艺制备了Ag+Al+YSZ三层结构的激光防护涂层,该涂层实现了抵抗激光光斑直径10cm,激光辐照时间5s,激光功率密度1000w/cm2的大尺寸激光光束的辐照。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：E9395;TG174.4
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，本文编号：1332859
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