采用大涡模拟方法计算了来流速度为0.4 Ma情况下球/柱形结构附近的流场, 根据密度数据计算了光程差及气动相屏, 并研究了尾流对激光传输的影响。结果表明: 光程差空间均方根的时间平均值随发射角增大而增大, 发射角从120°增加到148°时, 其数值从0.11 μm增加到0.28 μm; 光程差空间均方根随时间变化剧烈, 发射角为148°时, 其时间均方根可达0.04 μm; 球/柱尾流对激光传输有很大影响, 发射角为148°情况下, Strehl比的时间平均值为0.33, 并且Strehl比的时间平均值随发射角的增大而减小, 发射角从120°增加到148°过程中, Strehl比的时间平均值减小了59%; Strehl比随时间变化剧烈, 其时间均方根大于0.05。

采用大涡模拟的方法计算了来流速度为0.5 ~0.7 Ma情况下横向球/柱形结构附近的流场, 给出了密度和光程差的统计结果, 并采用相屏法研究了几种流场对激光传输的影响。结果表明: 密度扰动均方根和光程差均方根随着来流速度和发射孔径的增加而增大; Ma从0.5增至0.7时, 孔径为0.5 m情况下, 密度扰动均方根增长了90%, 孔径为0.25 m情况下, 光程差均方根增长了90%; Ma=0.6情况下, 孔径从0.25 m增加到0.75 m时, 两个参数各增加了4倍。激光Strehl比随来流速度和发射孔径的增大而减小; 发射孔径为0.25 m情况下, 随着Ma从0.5增加至0.7, Strehl比从0.236下降至0.045; Ma=0.6情况下, 发射孔径从0.25 m增加至0.75 m过程中, Strehl下降了90%。

采用数值模拟的方法分析了不同离轴角距离、不同大气湍流强度及激光出光口径下,信标的纯角度非等晕误差对激光发射自适应光学系统(AO)校正效果的影响。同时针对离轴点信标,提出了一种去除整体倾斜的准直方法。数值模拟结果表明,在其他条件不变的情况下,信标离轴角距离越大,口径越大湍流强度越强,点信标离轴引起的纯角度非等晕误差越大,但较(θ/θ0)5/3偏小,与理论分析符合较好。通过数据拟合得出,当出光口径一定时,纯角度非等晕误差仅与θ/θ0有关。给出了纯角度非等晕误差与θ/θ0的定量关系,为快速评价角度非等晕误差提供了模型支持。

建立了采用相关波前探测算法(Correlation wave-front sensing algorithm, COR)的自适应光学(Adaptive Optics, AO)系统的数值模型, 对准直光束大气传输自适应光学校正进行了数值模拟, 分析了不同热晕强度条件下光子噪声和读出噪声对系统校正效果的影响, 并与质心(Center of Gravity, COG)算法和阈值质心(Threshold Center of Gravity, TCOG)算法进行了对比。数值模拟结果表明, COR算法对噪声和热晕强度的变化具有更好的鲁棒性, 可以提高夏克-哈特曼波前探测器(Shack-Hartmann Wave-front Sensor, SH-WFS)在低信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)条件下的波前探测精度, 同时还可以较好地抑制噪声诱发的相位补偿不稳定性(Phase Compensation Instability, PCI), 改善低信噪比条件下大气热晕校正的稳定性。

建立了气流作用下激光辐照金属的数值模型，利用CFD软件模拟了不同气流速度、不同厚度金属锡板的激光辐照熔化烧蚀过程，并对比了实验结果。通过研究液态金属迁移机理及对流散热机理，分析了气流速度对不同厚度金属板的辐照效应的影响。研究结果表明，较厚金属板的辐照过程中会形成较深的熔坑，使得相同气流速度下熔化的液态金属较难移除，导致熔穿时间随气流速度增大而减小；较薄金属板的熔坑较浅，液态金属容易移除，由于移除的金属液滴混合在空气中增强了对流换热效果，因此熔穿时间随气流速度增大而增大。

由于相位补偿不稳定性的存在，大气热晕效应的相位校正一直是研究人员十分关心的问题。对变形镜驱动器影响函数耦合矩阵进行正交化获得了按照空间频率划分的变形镜本征模式，建立了采用变形镜本征模式进行波前重构的数值模型，对基于该波前重构方法的自适应光学系统校正大气热晕进行了数值模拟。数值模拟结果表明，与直接斜率法相比，变形镜本征模式法可以通过本征模式的选择，改变校正相位的空间频率成分，消除空间高频成分对热晕校正的影响，从而抑制相位补偿不稳定性的发生，提高自适应光学系统闭环控制的稳定性和对大气热晕的校正效果。

研究了大气热晕效应自适应光学(adaptive-optics, AO)位相补偿数值模拟方法。利用自主开发的高能激光大气 传输四维数值模拟程序对准直光束瞬态热晕位相补偿进行了模拟,定量分析了不同的热晕强度下, 变形镜驱动器布局 对位相补偿效果的影响。数值模拟结果表明,变形镜驱动器的布局对AO系统闭环控制的稳定性影响较大,不同 的布局使得驱动器控制信号的方差存在较大差异,选择合适的驱动器布局可以改善AO系统闭环控制的 稳定性,提高位相补偿不稳定性发生的阈值。

改进了泽尼克模式波前重构数值模拟方法，避免了传统方法中大量的面积分运算，对准直光束瞬态热晕效应模式法自适应光学校正进行了数值模拟研究。数值模拟结果表明，由于模式混淆误差的影响，使泽尼克重构模式阶数的选择受限，即存在一个最大的重构模式阶数，大于该模式阶数会导致校正效果迅速变差，且最大模式阶数的大小与热晕强度无关。对于子孔径分布为8×8的69单元自适应光学系统，最大模式阶数为37阶；同直接斜率法相比，泽尼克模式法可以通过重构模式选择，提高自适应光学系统对热晕校正的稳定性，抑制热晕补偿不稳定性的发生。

提出了一种计算玻璃纤维/环氧树脂复合材料激光烧蚀过程中能量耦合率的模型，并通过对激光辐照玻璃纤维/环氧树脂复合材料的数值模拟计算了烧蚀过程中的激光透射率及表面温度，与实验结果吻合较好。结果表明，利用该模型可以计算玻璃纤维/环氧树脂复合材料激光烧蚀过程中的能量耦合率。利用该模型进一步计算了不同激光强度下耦合系数的变化规律，计算结果表明，对玻璃纤维/环氧树脂复合材料的激光烧蚀，激光的吸收方式存在体吸收向面吸收转变的过程；激光强度越大，能量耦合率增大到稳定值所需时间越短，体吸收向面吸收转变的过程越快。

针对切向气流加载导致激光加热金属板在熔化前的穿孔效应，利用金属薄板的弹性弯曲理论，推导出了两种典型光束(方形和圆形)照射下的弯曲挠度表达式，利用Mises理论给出了非熔化穿孔的破坏判据。研究结果表明: 激光加热下材料强度降低是出现非熔化穿孔破坏的主要机理; 薄板在光斑区的最大变形与气流速度、光斑直径、板厚与弹性模量(U2a4/Eh3)相关，穿孔破坏温度与气流速度、光斑直径及板厚(Ua/h)2相关; 与方形光斑辐照相比，圆形光斑辐照的破坏阈值稍高一些。数值计算结果表明: 0.8 Ma切向气流作用下，铝合金壳体的激光破坏能量阈值大大降低(可达40%~50%)，典型不锈钢壳体的破坏阈值降低相对较小(20%左右)，气流作用导致金属板破坏阈值的下降是需特别关注的问题。