以10 mm厚度的Q345B钢板为母材, 针对激光深熔TIG复合焊接主要工艺参数对焊缝成形的影响规律开展系列研究, 为复合焊接工艺优化提供实验依据。实验结果表明, 激光对熔池起到了冲击和搅拌的作用, 提高了熔池的流动性, 形成了平整的焊缝, 同时焊缝的熔宽由电弧电流主导, 激光功率对焊接熔宽的影响较小, 焊接熔深会随着激光功率的增加而增加; 熔深和熔宽随着离焦量的增加(-2~3mm)均为先增大后减小; 激光在前的复合模式整体要比电弧在前的复合模式的焊接熔深大。

以10 mm的Q345B钢板作为实验材料，采用激光-MAG复合焊接技术，通过调整焊接电流，送丝速度，焊接速度，光丝间距等复合焊接参数，探索Y型坡口高速打底焊的可行性及相关工艺适应性研究。实验过程中借助高速摄像和电压电流采集器，分析焊接电弧和熔滴过渡的行为特征。结果表明，激光-MAG复合焊能实现最大6 mm钝边以及最小角度为35°坡口的高速打底焊，焊速为1 m/min，对间隙和错边的适应性较好，激光与电弧电流的匹配对焊接稳定性有很大的影响。

激光与等离子电弧作为两种高能束热源进行复合焊接，相比于单独激光焊能够达到更大的熔深和更高的焊速，分别采用2 mm和4 mm厚度的304不锈钢板为母材进行平板焊和对接焊，观察焊缝成型与不同激光功率下的等离子体形态，研究在2 mm的平板高速焊中，在保证单面焊双面成型的前提下，不同激光功率的最佳电流匹配范围，及4 mm厚度不锈钢在对接焊中对于间隙与错边的适应性。试验表明，在保证单面焊双面成型与最低1 000 mm/min焊速的前提下，激光功率越大所匹配的电流范围越宽，越能达到更高的焊速。激光-等离子电弧复合焊在平板对接焊中，对于间隙与错边具有良好的适应性，最大适应间隙为0.5 mm，最大适应错边为1.5 mm。

对薄板不锈钢进行激光深熔TIG复合焊接的工艺研究, 保证焊缝成型良好的条件下, 探索能达到的最大焊接速度, 并针对实际焊接生产中组对精度差的问题, 开展了激光深熔TIG复合焊接技术对组对间隙和错边量的工艺适应性研究, 借助高速摄像观察焊接电弧形态分析激光与电弧的相关作用。实验结果表明, 激光功率3.5 kW, 焊接电流150 A, 2 mm的不锈钢在5 m/min的焊速下能得到良好的焊缝; 激光功率4.0 kW, 焊接电流150 A, 4 mm的不锈钢在2 m/min的焊速下能的到良好的焊缝。激光电弧复合焊接薄板不锈钢错边适应性良好。

激光深熔TIG复合焊是一种新的高效自动焊接方法, 相比传统TIG焊接, 能够有效增大焊接熔深, 提高焊接效率。以6 mm厚度的Q345B钢板作为母材, 进行复合热源高速单面焊双面成型和打底焊工艺研究, 以及对间隙和错边的适应性, 并对其焊接接头的力学性能进行测试。结果表明, 相较于单独深熔TIG焊, 复合焊的焊接速度有了大幅提高, 最高速度为1 000 mm/min, 焊缝成型更加美观; 复合焊在组对间隙和错变量上有一定的容忍度, 最大容忍度组合为1 mm间隙＋1 mm错边; 在中厚板的打底焊中也能很好的实现单面焊双面成型, 焊接接头满足拉伸强度要求。

采用4 kW的光纤激光和MAG电弧复合焊接10 mm厚的Q345B钢, 研究工艺参数对焊缝气孔的影响, 如光丝间距、焊接电流、激光功率, 激光前后位置以及给激光单加保护气等; 观察和分析焊缝气孔的成形原因。结果表明, 焊缝气孔的存在影响因素复杂, 合理匹配的工艺参数能使气泡有时间和空间逃逸从而避免焊接气孔的存在; 光丝间距、焊接电流和激光功率等参数之间的匹配关系对焊缝气孔的产生有重要影响, 当激光功率为恒定值3.5 kW时, 焊接电流295 A, 光丝间距2 mm的焊缝无焊接气孔出现, 若拉大光丝间距, 焊接电流可以适当增大; 激光在后焊接熔深较大, 但对气孔的抑制作用不明显。

基于傅里叶变换下的菲涅尔衍射理论, 对部分相干光产生Mathieu光束进行了理论和实验研究, 并利用抽样理论和色散公式推导出Mathieu光束的光强分布表达式.数值模拟了不同传播距离处Mathieu光束的截面光强分布, 并设计了实验对模拟结论进行验证.实验采用多波长蓝光LED为光源, 利用带有椭圆形孔径的菲林片及轴棱锥得到Mathieu光束.模拟和实验结果均证明部分相干光可以产生Mathieu光束.研究结果对拓展Mathieu光束的应用范围提供了理论依据.

设计了一种简单而新颖的光学元件。光束经过此元件后，再利用透镜聚焦便可产生无衍射Mathieu光束，且改变衍射元件的参数，Mathieu光束的q值随之改变。利用离散傅里叶方法从理论上导出了该光学系统的Mathieu光束的表达式，采用Matlab模拟了光斑强度。数值模拟和实验结果证实了此元件产生无衍射Mathieu光束的有效性。

研究了高阶Bessel光束经过柱透镜后的光场分布特性.在广义惠更斯-菲涅尔衍射积分理论基础上, 推导出高阶Bessel光束透过柱透镜后的衍射光场分布表达式; 并利用MATLAB和MATHCAD模拟了不同传播距离处的光强分布.实验上, 利用轴棱锥和螺旋相位板产生不同阶数的高阶Bessel光束, 并使产生的高阶Bessel光束经过柱透镜, 最后用CCD记录下不同距离处的衍射光场.研究结果表明, 高阶Bessel光束经过柱透镜形成唇状的焦散光束.

现有的六幕光幕靶测量系统实现了近距离弹丸速度、姿态以及着靶坐标的测量,而在实际工程应用中需要计算的是弹丸整个飞行过程中的速度、姿态以及远距离的落点坐标。针对现有系统工程部署中的不足,提出了双交叉结构的六幕光幕靶的设计原理。利用双交叉结构的六幕光幕靶的测量结果以及外弹道计算原理,通过四阶龙格-库塔方程建立了弹道测量模型,实现了弹丸飞行全过程的弹道测量和计算。通过使用弹道系数1.0的标准弹丸进行仿真实验和分析,计算出其射程和射高分别可以达到16 269 m和3 672 m,证明了其与实际的弹丸运动曲线相吻合,能够实际应用于工程部署。