고출력 레이저빔에 의한 금속의 열전달 및 고폭 화약의 폭굉 현상과 대기 외란 정도에 따른 레이저빔 세기 변화에 대한 수치 해석

Numerical Analysis of Heat Transfer Effect in Metal and Detonation of High Explosive Via the High Power Laser Irradiation as Well as Changes in Intensity of Laser Beam According to the Atmospheric Disturbances

This study investigates the detonation of high explosives (RDX) initiated by high power continuous laser irradiation. The laser beam is irradiated on the metal (SUS304) surface that is placed next to the RDX. The opto-thermal energy transfer through the metal gives rise to the reaction of RDX. The numerical simulation is performed using an Eulerian based multi-material hydrodynamic code that uses hybrid level-set algorithm to track the material interface between metal and RDX. The atmospheric disturbances during beam irradiation is modeled into a transient boundary condition imposed on the surface of metal. To understand the atmospheric effect, the temperature distribution on the metal surface and the rate of reaction of RDX are analyzed for both with and without atmospheric disturbances. The results elucidate that time to detonation is delayed with atmospheric effect included, and such the non-uniform low-temperature distribution is observed inside the reaction zone.

본 연구에서는 고출력 레이저 빔에 의한 금속에서의 열전달과 고폭 화약의 폭굉 현상을 검증된 솔버를 사용해 해석하였고, 해당 모델은 대기 외란 특성을 고려할 수 있도록 설계되었다. 연속형 고출력 레이저 빔을 조사하여 금속에서의 열전달과, 금속 후면부에 접해있는 고폭 화약이 전달된 열에 의해 점화되는 현상을 분석하였다. 본 연구에 사용된 금속은 SUS304이고 고폭 화약은 RDX이며, 레이저 특성을 동일하게 설정하여, 대기 외란을 적용하였을 때와 적용하지 않았을 때 SUS304에서의 온도 분포와 RDX의 반응 시작 시간을 비교분석하였다. 그 결과, 대기 외란을 적용하였을 때가 그렇지 않았을 때보다 폭발 시작 시간이 지연되며, 낮고 불균일한 열전달 온도 분포가 발생함을 보여주었다.