建立了一种适用于强激光辐照面的高温原位观测方法，并开展了高速风洞内的激光辐照实验，获得了典型金属材料与复合材料在超声速切向气流条件下的瞬态烧蚀与破坏行为；此外，基于Horn-Schunck光流法分析了各典型材料的烧蚀特征与质点的运动速度，基于粒子图像测速法并结合复合材料铺层结构特征获得了瞬时烧蚀速度。研究结果表明，各材料的动态烧蚀行为有很大差异：在切向气流作用下，熔融态钛合金的流动模式从燕尾状转变为羽翼状，而镍基高温合金则呈雨滴状流动。基于Kelvin-Helmholtz机制分析了切向气流作用下不同金属材料击穿时间存在差异的原因。超高温陶瓷复合材料的热化学烧蚀和机械剥蚀特征与编织结构类型密切相关，并且高激光功率密度条件下的抗激光烧蚀性能与碳纤维含量成正比。

采用波长为1070 nm的连续激光对亚音速切向空气流下玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）的穿孔效应进行了研究。通过实验研究了功率密度（848~1556 W/cm²）和切向气流流速（0~1个马赫数）对穿孔形貌、穿孔点温度和穿孔时间的影响。结果表明：切向气流流速为0.5个马赫数（Ma）时靶材穿孔时间随功率密度的增加而减小，最大减小了46%；功率密度为848 W/cm²时穿孔时间随气流流速的增加呈先减小后增加的规律，与无气流（0 Ma）时相比，最大仅减小8%。激光功率密度的增加加速了热解气体的产生，使得孔隙压力升高，促进了靶材的剥蚀。切向空气流对作用过程的影响主要包括：降低树脂基体热解所产生的残炭含量，进而改变靶材吸收方式；产生切向剪切力，加速靶材的力学剥蚀；加速对流换热，降低靶材表面温度。当切向气流速度较小（≤0.4 Ma）时，切向气流的作用主要是促进树脂热解，降低残炭含量，转变靶材吸收方式；当切向空气流速较大（0.8~1.0 Ma）时，气流的冷却作用表现得较为明显。

为了研究切向气流对激光毁伤低慢小目标的影响, 采用仿真分析和实验相结合的方法研究了在激光辐照典型低慢小目标材料尼龙66过程中切向气流对激光烧蚀作用的影响。建立了激光烧蚀尼龙的简化物理模型, 利用红外热像仪分别研究了1.5 s和4 s两个时刻激光辐照下尼龙材料的温度场分布和烧蚀形貌, 并与无气流条件下的结果进行对比。实验表明, 切向气流对激光烧蚀尼龙材料过程的影响主要分两个阶段, 在辐照前段时间切向气流减缓了激光辐照下尼龙66材料的温升, 抑制了激光对尼龙材料的烧蚀作用; 但随着温度的升高, 热分解产物增多使激光屏蔽作用增强, 切向气流减轻了目标材料表面热分解产物对激光的衰减, 并为尼龙材料的氧化烧蚀提供更多氧气, 促进了烧蚀作用。最后对切向气流下激光烧蚀尼龙的过程进行了ANSYS仿真, 实验结果和仿真结果基本一致, 从而验证了理论的可靠性。

切向气流作为一种环境因素会对激光辐照效应产生重要影响，近年来国内外学者对切向气流作用于激光辐照效应进行了广泛研究，主要集中在不同性质的气流环境、不同强度的切向气流对激光辐照效应的影响，其影响因素主要包括促进氧化反应、增大换热系数、空气动力学等，分析了各因素在不同条件下影响激光辐照效应的相互耦合作用。但对切向气流影响激光辐照效应的材料研究还不够广泛，对空气动力学引起靶材融化前破裂现象的分析不够清晰，这些都有待进一步研究完善。

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。

总结了亚音速切向气流在激光辐照典型金属靶过程中所起的作用，提出气流效应主要包括增大靶与外界环境的对流换热强度; 移除靶表面的熔化层，加快烧蚀速率; 促进靶的氧化反应，有利于靶的烧蚀; 空气动力学效应导致靶在熔化之前就可发生破裂等几个方面。对上述气流效应进行了详尽的分析，同时指出应对氧化反应及热力联合效应进行更广泛的实验研究，获得更明确的规律性认识，以便建立统一的物理数学模型，从而为实际的工程应用提供参考。

研究了靶材表面存在和不存在切向空气气流时，975 nm连续激光对碳纤维增强树脂基复合材料的辐照效应。两种情况下靶材的动态响应过程明显不同，没有切向气流时，激光辐照1.28 s后，向外喷出的热分解产物在空气中燃烧，出现火焰同时伴有浓烟；有切向气流时，没有观察到带火焰和浓烟的燃烧现象，而是在激光辐照后的瞬间，激光作用区出现灼烧状亮斑，并间歇有少许颗粒向外喷出。分析认为，向外溢出的树脂基热分解产物会抑制氧气向靶材表面扩散，从而对碳纤维具有保护作用；切向气流的加载不仅会破坏热分解产物对碳纤维的保护作用，还会促使氧气到达碳纤维表面，进而导致碳纤维在较低的温度(约850 ℃)发生氧化烧蚀。

为了考察切向强迫气流对激光辐照下树脂基复合材料热响应的影响, 基于边界层换热理论, 研究了切向气流与靶面的对流换热系数和热分解气体对表面热交换的覆盖效应, 并用有限差分法对激光辐照下树脂基复合材料的1维热响应模型进行数值求解。数值计算表明：高速切向气流的存在会加速靶材表面与外部环境的热交换, 从而明显降低激光对靶材的加热效率;边界层换热理论给出的对流换热系数和覆盖因子是合理有效的, 适用于数值模拟切向气流对激光辐照下树脂基复合材料热响应的影响;向靶材表面溢出的热分解气体对靶材表面与外部环境的热交换有一定的抑制作用, 但影响较小, 基本可以忽略不计。