Лебо Иван Германович, д.ф.-м.н., профессор, кафедра высшей математики, Институт искусственного интеллекта
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Ivan G. Lebo, Dr. Sci. (Phys.-Math.), Professor, Department of Higher Mathematics, Institute of Artificial Intelligence
Комарова Виктория Александровна, студент
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Victoria A. Komarova, Student
Рыжков Максим Анатольевич, аспирант, кафедра радиоэлектронных систем и комплексов, Институт радиоэлектроники и информатики
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Maxim A. Ryzhkov, Postgraduate Student, Department of Radio Electronic Systems and Complexes, Institute of Radio Electronics and Informatics
Цели. Цель исследования – изучение влияния неоднородностей интенсивности лазерного излучения и толщины поршня (лавсановой пленки) на формирование гиперзвуковых потоков в лазерной ударной трубе (ЛУТ), сравнение условий формирования и динамики распространения ударных волн (УВ) в ЛУТ в случаях «открытой» и «закрытой» плазменной короны.
Методы. Методы математического моделирования, анализ результатов вычислительных экспериментов, выполненных с помощью двумерной лагранжевой программы Atlant_C в цилиндрических координатах.
Результаты. Представлены результаты четырех серий расчетов динамики гиперзвуковых УВ в ЛУТ: 1) формирование и распространение УВ в профилированной мишени; 2) формирование и распространение УВ при сильной неоднородности падающего лазерного потока; 3) сравнение динамики УВ при различных значениях поглощенной энергии лазерного импульса и толщинах мишени (поршня); 4) сравнение динамики гиперзвуковых УВ с данными экспериментов в случаях «открытой» и «закрытой» плазменной короны.
Выводы. На основании данных вычислительных экспериментов можно сделать следующие выводы: 1) по мере распространения сильной УВ в профилированном поршне происходит выравнивание давления и плотности в поперечном направлении. Если длительность лазерного импульса заметно больше, чем время прохождения поперечных УВ в мишени (поршне), то в газе внутри ячейки ЛУТ происходит выполаживание фронта УВ; 2) в том случае, когда в падающем лазерном импульсе имеются значительные выбросы интенсивностей излучения – спеклы (~10% от энергии импульса), в ускоренном поршне формируются струи, которые в газе могут обгонять фронт УВ; 3) при лазерном нагреве мишени в режиме «закрытой» короны скорость поршня в ЛУТ возрастает примерно на 40%; 4) при разрушении поршня из-за сильной неоднородности об лучения или развития гидродинамической неустойчивости и фрагментации полимерной СН-пленки, может формироваться плотный турбулентный слой, который будет также создавать УВ в газе.
Objectives. The study investigates the influence of inhomogeneities of laser flux intensity and piston (mylar film) thickness in a laser shock tube by comparing the conditions for the formation and dynamics of shock wave propagation in a laser shock tube in the case of an open and closed plasma corona.
Methods. Along with mathematical modeling methods, analysis of the results of computational experiments was carried out using the two-dimensional Lagrangian program Atlant_C in cylindrical coordinates were used.
Results. The results of four series of calculations of the dynamics of hypersonic shock waves in a laser shock tube are presented: (1) formation and propagation of a shock wave in a profiled target; (2) formation and propagation of a shock wave with strong inhomogeneity of the incident laser flux; (3) comparison of the dynamics of shock waves for different values of the absorbed laser pulse energy and target (piston) thicknesses; (4) comparison of shock wave dynamics in the cases of open and closed plasma coronas.
Conclusions. Based on the results of the computational experiments, the following conclusions can be drawn: (1) as a strong shock wave propagates in the profiled piston, the pressure and density equalize in the transverse direction. If the duration of the laser pulse is noticeably longer than the transit time of the transverse shock waves in the target (piston), the shock wave front flattens out in the gas inside the LUT cell; (2) in cases when the incident laser pulse contains significant emission intensities or speckles (more than 10% of the pulse energy), jets are formed in the accelerated piston, which can overtake the shock wave front in the gas; (3) during laser heating of the target in the closed corona mode, the propagation velocity of the shock wave front increases by ~40%; (4) when the piston is destroyed due to strong nonuniformity of irradiation or development of hydrodynamic instability and fragmentation of the polymer CH film, a dense turbulent layer can form, which will also create a shock wave in the gas. This case requires separate consideration.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.