激光空化射流力及空蚀机制检测技术

倪韬 李葳 朱建

摘要：为了研究激光空蚀机制在水中对于靶材的破坏效果，建立了激光的微细作用检测系統，用水听器对产生的声压信号进行采集，通过压电薄膜在示波器上显示输出电压的有效值，计算得到激光对工件表面所产生的冲击应力。调节激光能量，分析等离子体、空泡脉动声压;运用运动控制系统调节工作台，测得不同γ的水下脉冲应力，并进行分析。

关键词：冲击波;空化射流;声压信号;激光能量;无量纲参数

1、引言：

空化空蚀现象是水力机械设备中常见的有害现象，它能够产生强烈的冲击、振动和噪声，在很大程度上降低使用设备的寿命、工作效率及其稳定性^[1]。

当激光聚焦点能量大于液体的可承受能量时，液体会被击穿，并产生发光的等离子体。等离子体吸收激光能量对外膨胀时，会对外辐射出冲击波，并且产生少量的激光空泡，这就是激光空化现象^[2]。在空化空蚀研究中，利用激光诱导产生空泡不仅效率高，而且空泡的球对称性好，位置准确，更利于空泡现象的研究与检测，为研究空化空蚀机理提供了新的路径^[3]。

目前，国内外的研究人员主要采用高速摄影法、光偏转法、干涉法及其压电换能器探测法等对固体壁面附近的空泡空化进行研究。南京理工大学的陈笑，徐荣青^[4]等利用高灵敏度光纤传感器研究了激光在水下加工金属产生的等离子体空泡及其脉动特性。海军工程大学的宗思光，王江安^[5]等人利用高速摄影法对空泡在壁面附近溃灭导致的冲击波和射流特性进行了深入的研究。……