石继林,王殿恺

(航天工程大学 激光推进及其应用国家重点实验室,北京 101416)

1 研究背景

流动控制一直是高速飞行器设计的重要问题[1]。飞行器在超声速飞行时会在其头部产生一道弓形激波,激波阻力将严重降低飞行的安全性和经济性。多年来,超声速流动中的等离子体能量沉积一直被认为是一种减少阻力、缓解音爆或提供转向力的方法,可以让超声速飞行器拥有更长的巡航里程、更稳定的操作和灵活的转向能力[2]。纳秒脉冲激光具有脉宽短、峰值功率密度高的突出特点,聚焦后极易电离空气形成等离子体,因此激光能量沉积作为一种很有前途的高速流动控制技术受到了学者们的极大关注[3-5]。

激光减阻包括激光能量的传输、激光击穿空气形成等离子体、激光维持的爆轰波的形成、复杂波系结构产生以及等离子体热核与激波的相互作用等过程。通过改变高超声速飞行器前的激波结构,进而改变速度、压力分布实现减阻,激光的作用并不操控因高焓流动中的离解、复合和电离等多种化学反应在高超声速飞行器表面产生的等离子鞘。

国内外学者针对热核与激波相互作用这一减阻的关键环节进行了大量研究,本文主要对近年来发展的高速非定常流场的诊断方法和数值模拟方法,以及激光减阻机理和关键参数对减阻效果的影响进行介绍,为进一步研究提供思路。

2 研究方法

2.1 数值计算模型

脉冲激光击穿空气涉及有限速率化学反应、真实气体效应和辐射,是激光光学、等离子体动力学和流体力学的交叉学科[6]。……