第一章 概述 1
1.1 高能激光的发展及其对气动窗口的需求 1
1.2 射流剪切混合层光学性质研究 4
1.2.1 超声速剪切层研究进展 4
1.2.2 剪切层光学技术研究的进展 6
1.2.3 剪切层光学技术的主要应用 8
1.2.4 剪切层透射光远场光强对波长的依赖 11
1.3 气动窗口的研究现状与发展趋势 13
1.4 本书研究的基本思路和主要内容 18
1.4.1 本书相关研究的基本思路 18
1.4.2 本书的主要研究内容 20
第二章 气动窗口相关理论基础 24
2.1 气体动力学 24
2.1.1 热力学基础 25
2.1.2 气体的分类 29
2.1.3 等熵流基础 31
2.1.4 理想气体的一维定常流 33
2.1.5 超声速流场中的波系结构 37
2.2 光学 48
2.2.1 光束在变折射率介质中传播的控制方程 49
2.2.2 气体介质的折射率及光程差 53
2.2.3 强激光辐射对介质的影响 54
2.3 计算流体力学 57
2.3.1 控制方程 57
2.3.2 数值格式与算法 63
2.4 计算流动图像 65
第三章 射流光学性能初探 70
3.1 数值格式的PIV实验验证 70
3.2 射流及其光学性能研究 74
3.2.1 研究对象与参数设置 75
3.2.2 射流马赫数与光程差的关系 76
3.2.3 压力不匹配射流的光学性能 82
3.2.4 非空气射流流场结构与光学性能 95
3.3 强激光与自由射流相互作用初探 106
3.3.1 研究对象与参数设置 107
3.3.2 不同辐射加热吸收功率对自由射流的影响 109
3.3.3 辐射吸收生成的波系结构 112
3.3.4 辐射吸收对不同出口工况自由射流的影响 115
第四章 剪切混合层光学性能的数值分析与预测 115
4.1 “空气—空气”剪切混合层及其光学性能 123
4.1.1 计算参数 123
4.1.2 计算结果 124
4.1.3 气动性能和光学性能分析 133
4.2 “空气—非空气”多组分剪切混合层及其光学性能 137
4.2.1 计算参数 138
4.2.2 计算结果 141
4.2.3 气动性能和光学性能分析 177
4.3.1 剪切层引起的随机光学畸变 182
4.3 超声速剪切层引起的随机光学畸变及其预测 182
4.3.2 预测剪切层对激光束退化畸变的传统方法 183
4.3.3 预测超声速剪切层随机光学畸变采用的理论模型 184
4.3.4 超声速剪切层随机光学畸变的预测 186
4.4 计算结果的分析和讨论 191
第五章 自由旋涡气动窗口的原理与参数计算 195
5.1 自由旋涡气动窗口的原理 195
5.2 超声速自由旋涡气动窗口流场参数的计算 201
5.3 自由旋涡射流的设计过程 204
5.4 扩压器的压力恢复 208
5.5 小结 214
第六章 超声速自由旋涡喷管的设计及其流场的数值验证 214
6.1 自由旋涡喷管非对称段的设计 217
6.1.1 只有一个简单波区的自由旋涡喷管非对称段的设计方法 219
6.1.2 双简单波区的自由旋涡喷管非对称段的设计方法 224
6.2 自由旋涡喷管超声速对称段 227
6.2.1 弯曲声速线的最短长度喷管 228
6.2.2 直声速线的最短长度喷管 231
6.2.3 两种喷管设计方法和设计结果的比较 235
6.3 对称段设计的进一步优化 236
6.3.1 喷管设计的优化 236
6.3.2 收缩段的设计与喷管型线的粘性修正 241
6.4 自由旋涡喷管的设计结果 241
6.4.1 喷管非对称段两种方法设计结果的比较 242
6.4.2 超声速自由旋涡喷管型面 245
6.4.3 理想自由旋涡喷管的流场结构 246
6.5 自由旋涡喷管流场的数值验证 248
6.5.1 基本控制方程、算法与网格 248
6.5.2 计算结果 252
6.6 自由旋涡气动窗口流场的数值研究 254
6.6.1 网格与计算条件 254
6.6.2 计算结果 256
第七章 气动窗口的气动光学特性及其折射率匹配技术 259
6.7 小结 259
7.1 无粘情况下自由旋涡气动窗口流场光学特性 262
7.1.1 理想自由旋涡喷管出口的参数分布 263
7.1.2 自由旋涡射流光程差的分布 265
7.1.3 光线在理想自由旋涡射流中的传播特性 268
7.2 自由旋涡射流气体的选择方法 273
7.3 自由旋涡气动窗口剪切层光学性能的优化设计 274
7.3.1 选用加热的干燥空气作为工作气体 275
7.3.2 选用非加热的气体作为工作气体 276
7.3.3 压力匹配和折射率匹配剪切层的设计 277
7.4 小结 280
第八章 超声速自由旋涡气动窗口的实验研究 283
8.1 气动窗口的实验装置及其设计参数 283
8.1.1 自由旋涡气动窗口设计参数的确定 283
8.1.2 可变结构的自由旋涡气动窗口实验装置 285
8.1.3 自由旋涡气动窗口的参数测量系统 289
8.2.1 衡量气动窗口光学性能的参数 290
8.2 气动窗口光束质量的评价参数及其测量方法 290
8.2.2 差分干涉仪及其干涉条纹的处理 293
8.2.3 用差分干涉仪测量Strehl比 296
8.2.4 用激光透射法测量Strehl比 297
8.3 自由旋涡气动窗口的气动性能实验 298
8.3.1 自由旋涡气动窗口的启动性能和密封性能 298
8.3.2 自由旋涡射流的马赫数分布和压力分布测量 302
8.4 自由旋涡气动窗口的光学性能实验 308
8.4.1 自由旋涡射流光学性能的干涉测量 308
8.4.2 气动窗口的Strehl比（？）测量 310
8.4.3 气动窗口流场的纹影显示 311
8.4.4 自由旋涡气动窗口流场对透射激光束的影响 313
8.5.1 自由旋涡气动窗口的边界层渗漏问题 316
8.5.2 防漏片的设计方法 316
8.5 自由旋涡气动窗口的边界层防漏技术 316
8.5.3 防漏片对气动窗口气动性能的影响 318
8.5.4 防漏片对气动窗口光学性能的影响 320
8.6 扩压器的结构及其对密封性能和启动性能的影响 322
8.6.1 扩压器的气动设计与结构设计 322
8.6.2 扩压器的结构对气动窗口密封性能的影响 324
8.7 超声速自由旋涡流场的PIV测试 332
8.7.1 粒子图像速度场（PIV）测试系统 332
8.7.2 粒子图像速度场（PIV）试验技术 335
8.7.3 自由旋涡流场的激光片光流动显示 337
8.7.4 超声速自由旋涡射流诱导流动的PIV测量 341
8.7.5 超声速自由旋涡射流速度场的PIV测量 343
8.8 大压力比的自由旋涡气动窗口的设计 344
8.8.1 大压力比气动窗口设计可能遇到的问题及对策 344
8.8.2 大压力比的自由旋涡气动窗口的设计 346
8.9 小结 347
参考文献 352