论文题目: 等离子体与火药相互作用的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 兵器发射理论与技术
作者: 谢玉树
导师: 袁亚雄
关键词: 电热发射,内弹道,等离子体,固体火药,非傅立叶导热模型,积分变换,热弹性理论,热冲击,实验研究
文献来源: 南京理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文对电热化学发射技术中等离子体与火药的相互作用进行了理论和实验研究。 在理论上,为了更好地描述固体火药的等离子体点火,引入了描述超急速热传导现象的非傅立叶导热模型,在总结和评述前人研究非傅立叶导热效应的基础上,用积分变换的方法分析求解了空腔球壳在内外表面遭受温度突变时的的双曲线型非傅立叶导热模型方程,并得到了其温度响应和温度分布规律,计算结果为将非傅立叶导热模型作为热传导的本构关系在电热化学推进技术中的应用提供了理论依据。 在传统的火药燃烧理论的基础上,发展了非傅立叶效应的热传导理论模型,建立了圆柱形火药颗粒的非傅立叶导热模型方程,并进行了分析求解和计算。结果表明,用非傅立叶导热模型作为固体火药点火理论的本构关系,比传统的火药点火理论更能够真实地反映等离子体与火药的相互作用。 对固体火药的等离子体点火作了系列实验,结果表明,等离子体对固体火药点火性能的影响包括点火延迟明显缩短,点火延迟时间与火药类型和等离子体的热流量及电能输入有关。 利用密闭爆发器对不同类型的固体火药作了等离子体点火的实验研究,结果表明,不同类型的固体火药,其燃烧性能、对等离子体的敏感程度、燃速是不一样的。 从力学角度研究了等离子体对固体火药颗粒的非傅立叶热作用和热冲击。通过对空腔球形的固体火药颗粒进行热弹性理论的分析和计算发现,在动态热冲击过程中,火药颗粒会出现过大的尖峰应力导致损伤而破碎,从而增加火药颗粒燃烧面积进而提高火药的燃气生成速率。 理论上探讨了电热化学轻气发射装置的工作原理,并建立了相关的内弹道物理和数学模型。
论文目录:
1 绪论
1.1 引言
1.2 等离子体与火药相互作用的研究概况
1.3 等离子体与火药相互作用的理论研究
1.3.1 等离子体模型
1.3.2 等离子体点火模型
1.4 等离子体与火药相互作用的实验研究
1.4.1 测量火药燃速的直接与间接方法
1.4.2 热等离子体的侵蚀作用
1.4.3 热等离子体的辐射作用
1.4.4 热等离子体点火的化学反应因素
1.4.5 热等离子体点火过程的能量转化机制
1.5 电热化学发射装置的弹道模拟及评价
1.6 本文研究的内容
2 非傅立叶导热模型的研究
2.1 非傅立叶导热模型
2.1.1 非傅立叶导热效应
2.1.2 非傅立叶导热的最新研究进展
2.2 非傅立叶导热模型的分析求解
2.2.1 球形颗粒的双曲线型非傅立叶导热模型
2.2.2 模型方程的求解
2.3 空心球壳温度分布和温度响应的计算结果与分析
2.3.1 延迟时间
2.3.2 空心球壳内不同传热面的温度响应曲线
2.3.3 不同时刻球壳的温度分布图
2.3.4 不同ε条件下，无量纲温度与球壳壁厚的关系曲线
2.3.5 球壳内无量纲温度随t/τ0变化规律
2.4 实心球体的温度响应与温度分布
2.5 本章小结
3 火药的等离子体点火理论
3.1 引言
3.2 等离子体环境下的传热研究
3.2.1 等离子体的传热特点
3.2.2 热等离子体连续介质区中颗粒的传热
3.2.3 热边界松弛时间
3.2.4 考虑了颗粒的蒸发、熔解和凝固现象的等离子体点火模型
3.3 火药的常规点火模型
3.4 火药颗粒在等离子体环境下的点火理论模型
3.4.1 考虑等离子体点火的双曲线型非傅立叶导热模型方程
3.4.2 火药颗粒等离子体点火模型方程的理论分析求解
3.4.3 关于模型方程解的讨论
3.5 计算结果和讨论
3.5.1 不同Ξ条件下、同一位置的温度响应曲线
3.5.2 相同Ξ条件下、不同位置的温度响应曲线
3.6 本章小结
4 固体火药等离子体点火性能的实验研究
4.1 引言
4.1.1 关于点火的基本概念
4.1.2 目前固体火药等离子体点火实验的研究成果
4.2 实验装置与原理
4.2.1 等离子体源
4.2.2 待测部分
4.2.3 测试部分
4.3 实验结果与分析
4.4 本章小结
5 等离子体密闭爆发器分析理论和实验研究
5.1 引言
5.1.1 通过密闭爆发器实验计算分析火药的燃速
5.1.2 通过密闭爆发器实验分析能量的分布与损失
5.1.3 用密闭爆发器技术分析等离子体作用下的热分解
5.1.4 借助密闭爆发器实验研究等离子与火药的相互作用
5.1.5 等离子体通过燃烧室的辐射换热
5.2 等离子体点火密闭爆发器实验
5.2.1 密闭爆发器实验的工作原理及实验装置
5.2.2 等离子体点火密闭爆发器实验装置
5.2.3 本章实验的目的和研究内容
5.2.4 相关的实验数据图表
5.3 实验结果分析
5.3.1 不同类型的火药对燃烧性能的影响
5.3.2 电能密度对同一类型的火药的影响
5.3.3 不同的电感对同一类型火药的影响
5.3.4 等离子体点火条件下火药的燃速分析
5.4 本章小结
6 固体火药颗粒在等离子体点火条件下的热冲击
6.1 引言
6.1.1 热弹性理论简介
6.1.2 热冲击问题的非傅立叶分析
6.1.3 国内外热冲击问题的研究
6.2 固体火药颗粒等离子体点火条件下的动力特性
6.2.1 固体火药颗粒在球坐标下的热弹性运动方程
6.2.2 固体火药颗粒在等离子体点火时热冲击作用下的动态热应力的分析解
6.3 计算结果和分析
6.3.1 动态热应力响应历程
6.3.2 动态热应力分布
6.3.3 非傅立叶效应对动态热应力的影响
6.3.4 球壳结构尺寸对动态热应力的影响
6.4 本章小结
7 电热化学轻气炮及其内弹道模型
7.1 电热化学轻气炮
7.1.1 超高速火炮理想工质的选择
7.1.2 电弧炮、电热化学炮与电热化学轻气炮
7.2 电热化学轻气炮内弹道气动力模型
7.2.1 基本假设
7.2.2 等离子体发生器模型
7.2.3 脉冲功率源放电模型
7.2.4 燃烧室一维均相流模型
7.2.5 轻气室一维均相流模型
7.3 本章小结
8 结束语
8.1 主要结论
8.2 创新点
8.3 问题与展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
发布时间: 2005-09-12
参考文献
- [1].随机因素对内弹道性能影响的理论研究[D]. 冯德成.南京理工大学2005
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- [3].随机因素对内弹道性能影响的理论研究[D]. 冯德成.南京理工大学2005
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- [5].中心电弧等离子体发生器及其在电热化学炮中的应用研究[D]. 王争论.南京理工大学2006
- [6].电热化学炮用脉冲电源及等离子体发生器电特性的研究[D]. 孟绍良.南京理工大学2006
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- [9].高能量高强度发射药研究[D]. 徐皖育.南京理工大学2006
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