超高速碰撞产生的电磁辐射及其力电耦合机理-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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超高速碰撞产生的电磁辐射及其力电耦合机理

项目名称：超高速碰撞产生的电磁辐射及其力电耦合机理
项目类别：重点项目
批准号：11032003
申请代码：A020602
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2011-01-01-2014-12-31

项目负责人：张庆明
负责人职称：教授
依托单位：北京理工大学
批准年度：2010

中文摘要：

超高速碰撞产生的电磁辐射是物质在强动载作用下的物理响应，涉及冲击动力学、固体物理、电磁学、光学、等离子体物理、高压物理等多个学科领域，在天体物理、深空探测和航天器对空间碎片的防护方面具有重要的应用价值。本项目以LY12铝和白云石为研究对象,通过实验研究、理论分析和数值计算，系统研究超高速碰撞产生电磁辐射机理及其力电耦合作用机理，重点建立电磁辐射特征参数诊断系统，阐明电磁场产生与辐射机理以及力学效应与电磁辐射的关联，揭示超高速碰撞产生电磁辐射的物理过程和时空演化规律，获得LY12铝和白云石产生电磁辐射的临界条件以及与力学效应的关联规律，为冲击动力学、材料动力学、电磁学、等离子体物理、天体物理、深空探测以及航天器对空间碎片的防护提供有价值的参考。获得的关于超高速碰撞产生电磁辐射的规律性认识可为其它材料的碰撞电磁辐射研究提供有价值的线索。

中文主题词：超高速碰撞；电磁辐射；力电耦合；分子动力学；等离子体

英文摘要：

hypervelocity impact；electromagnetic radiation；electro-mechanical coupling；molecular dynamics；plasma

英文主题词： hypervelocity impact；electromagnetic radiation；electro-mechanical coupling；molecular dynamics；plasma

结论摘要：

超高速碰撞产生的电磁辐射是物质在强动载作用下的物理响应，涉及冲击动力学、固体物理、电磁学、光学、等离子体物理、高压物理等多个学科领域，在天体物理、深空探测和航天器对空间碎片的防护方面具有重要的应用价值。本项目以2A12铝和白云石为研究对象，通过实验研究、理论分析和数值计算，系统研究了超高速碰撞产生电磁辐射机理及其力电耦合作用机理，取得了重要研究成果，具体包括（1）建立了超高速碰撞产生电磁辐射效应的实验系统，包括超高速碰撞产生等离子体、电磁场、碰撞闪光和微波辐射的实验加载系统和测试系统。加载系统采用二级轻气炮，设计制作了弹托分离装置、延时触发装置、跟进气体隔离挡板和加装靶室。测试系统涉及郎缪尔三探针测试、光谱和闪光强度测量、电场和磁场测量、微波测量和超高速光电摄像。（2）通过实验研究，测定了超高速碰撞产生的电磁辐射特征参数，得到了超高速碰撞形成等离子体的时空分布特征，得到了超高速碰撞2A12铝合金靶板和白云石靶板的闪光辐射特性，得到了超高速碰撞产生的微波特性和电磁波的频域分布特性，测得了正碰撞、斜碰撞和不同碰撞速度条件下电场和磁场强度的时空变化规律。（3）揭示了超高速碰撞形成等离子体的两种物理机制，物理机制Ⅰ只考虑弹丸和靶板的一次碰撞过程，物理机制Ⅱ则考虑以粒子发生二次碰撞为前提，以此作为材料是否发生电离的判据。模型计算结果表明碰撞速度为5-6km/s时，在弹靶某一尺寸范围内材料能发生电离，形成等离子体。分析了超高速碰撞产生碰撞闪光的机理，建立了超高速碰撞产生等离子体的理论模型及电磁辐射的理论模型，得到了超高速碰撞产生等离子体的特性，得到了电磁辐射频谱分布特性的理论描述。（4）设计了被测通信电路，选取了典型半导体元器件，通过实验研究得到了超高速碰撞产生的等离子体对对通信电路和的半导体元器件干扰和毁伤情况。（5）基于电子力场分子动力学，研究了静高压和超高速碰撞条件下等离子体相变，得到了诱发电磁场对等离子体相变的影响规律。揭示了超高速碰撞过程中的力电耦合机理，认为超高速碰撞过程中力学碰撞过程和等离子体及电磁辐射效应是相互耦合，交替进行，直至碰撞过程结束弹坑完全形成。考虑超高速碰撞等离子体及电磁辐射对塑性变形区产生的附加应力，建立了超高速碰撞产生等离子体的力电耦合模型。

成果综合统计