水中丝爆引发的推进效应

论文题目: 水中丝爆引发的推进效应

论文类型: 博士论文

论文专业: 高电压与绝缘技术

作者: 张春喜

导师: 杨嘉祥

关键词: 水中丝爆,液电效应,船舶推进,电容储能

文献来源: 哈尔滨理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 所谓液电效应是指水等液体介质在高功率脉冲放电作用下产生的声、光、热和机械效应等综合物理现象。自前苏联学者尤特金发现液电效应以来,它已经在工业、科学、医学、军事等方面获得了广泛的应用。本文所开展的研究工作是为了探讨将液电效应用于推进的可能性,其意义在于为实现船舶零速原地回转,避免螺旋桨推进中大回转半径的限制提供一种新的侧推技术。蒸发波模型、动力学模型和经验模型都从不同的侧面描述了爆丝的变化过程,揭示了爆丝材料和周围介质对爆丝断路开关性能的影响。但就如何将爆丝模型用于解释液中放电产生的各种效应还缺乏有效的工作。本文在忽略集肤效应的假设下,用电阻模型分析了爆丝材料和参数对回路放电的影响,给出了描述放电回路的微分方程和求解的初始条件,揭示了放电波形与爆丝尺寸之间的关系,为提高放电速率开辟了新的途径。为了分析液中放电产生的机械力学效应,本文提出了丝爆后气泡的简化动力学模型,利用气泡外压力线性分布的假设,给出了压力波传播的规律。从能量平衡方程出发,在已知能量波形的条件下,对气泡的运动状态进行了研究和模拟,得到了能量动态分配,以及气泡内温度、压力的变化趋势。同时也得到了爆丝参数通过对能量波形的影响而改变气泡运动的过程。建立了由电容储能型高功率脉冲电源、推进加速器和模型推进的控制与测量系统组成的实验模型。根据电解电容器的放电寿命指标以及非振荡放电特点,提出了以电解电容器为储能元件的高效能脉冲电源方案。为避免电容器恒压充电回路的效率限制,给出了用高频软开关技术实现的电容器恒流充电方案,讨论了软开关的工作模式及其约束关系,指出软开关工作于f s < fr/ 2模式是实现恒流充电的理想模式。采用了机械约束和磁约束,构造了独特的放电反应室和电极结构以增强推进效应。设计了轴-径环状结构电极系统和爆丝自动进线装置以及送线检测电路以实现爆丝的连续供给。利用水中丝爆放电实验系统,在不同参数的爆丝样本下,进行了丝爆

论文目录:

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 水中脉冲放电的液电效应

1.2 基于高功率脉冲技术的能量存储

1.2.1 电容储能

1.2.2 电感储能

1.3 水中推进方式的研究

1.4 本文的研究内容

第2章爆丝熔断过程数值模拟

2.1 爆丝熔断的数学模型

2.1.1 电阻线性化模型

2.1.2 双电阻模型

2.1.3 弧道模型

2.2 回路分析

2.3 回路方程的数值求解

2.3.1 求解方法

2.3.2 计算结果

2.4 本章小结

第3章丝爆下的放电通道波过程及其压力计算

3.1 放电通道的力学模型

3.1.1 气泡运动方程与压力波分布

3.1.2 能量平衡方程与通道辐射

3.2 放电通道的数值模拟

3.2.1 初始条件与计算流程

3.2.2 通道特性的模拟结果与分析

3.3 本章小结

第4章实验模型系统的构建

4.1 高功率脉冲电源

4.1.1 储能电容器

4.1.2 充电回路

4.1.3 点火开关及其触发电路

4.2 推进加速器

4.2.1 反应室尺寸及主电极结构

4.2.2 脉冲波的磁约束和机械约束

4.3 模型推进的控制与测量系统

4.3.1 爆丝的连续进给控制系统

4.3.2 放电参数与推进特性测量系统

4.4 本章小结

第5章水中丝爆放电的实验结果与分析

5.1 实验过程

5.2 实验结果与分析

5.2.1 压力分布

5.2.2 脉冲放电特性

5.2.3 放电与压力的相关性

5.2.4 推进效应

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

发布时间: 2005-11-18

水中丝爆引发的推进效应

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