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

论文摘要

本文以国防科技重点预研项目“电热化学炮总体与发射技术研究”为背景，对电热化学炮中电热转换的核心部件—中心电弧等离子体发生器，进行了理论分析、工程设计和实验研究，将中心电弧式等离子体发生器成功地应用到电热化学发射实验中，主要内容包括以下几个方面： 1．根据电热化学发射技术研究的实际需要，从等离子体发生器的工作环境入手，分析了保障中心电弧等离子体发生器可靠性工作的条件，确立了中心电弧等离子体发生器设计的方法和理论依据。 2．运用设计的方法和理论依据，设计出了可用于电热化学发射实验的几种中心电弧等离子体发生器，如A2，A1型、B型和C型。 3．通过自由喷射实验与密闭环境实验，检验了各种中心电弧等离子体发生器的工作性能，确定了保证中心电弧等离子体发生器可靠工作的放电条件、材料性能和结构特征参数。 4．将中心电弧等离子体发生器用于电热化学发射实验，并通过发射实验，研究了各种中心电弧等离子体发生器在高温、高压环境和大电流、高电压条件下的工作性能，解决了D型等离子体发生器在大电流、高电压、高温、高压环境下密封、绝缘、强度问题。 5．实验研究了D型、B型A2型和A1型等离子体发生器工作性能的差异，并结合设计理论分析了造成这种差异的原因；研究了中心电弧等离子体发生器与发射药配方和药型的适应性关系，找到了适合于各种型号等离子体发生器的发射药，如4／7、4／7高、5／7、5／7高、5／7HZS等：研究了中心电弧等离子体发生器与放电参数、火炮口径、装填参量的匹配关系，找到了适合于小口径电热化学炮的各种中心电弧等离子体发生器的最优放电时序。 6．修正了D型等离子体发生器的准稳态模型，建立了中心电弧等离子体发生器的准稳态模型；将中心电弧等离子体发生器模拟模型与一维两相流内弹道模型耦合，建立了基于中心电弧等离子体发生器的电热化学炮的内弹道预估模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景、目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 消融毛细管等离子体工作特性研究
• 1.2.2 消融控制等离子体发生器能量转换效率研究
• 1.2.3 等离子体增强燃烧研究
• 1.2.4 等离子体发生器结构性能研究
• 1.3 实验系统简介
• 1.3.1 中心电弧等离子体发生器自由喷射实验系统
• 1.3.2 电热化学炮发射实验系统
• 1.3.3 实验系统中的几个主要技术环节
• 1.4 本文的主要工作
• 2 中心电弧等离子体发生器结构设计及理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 结构设计的理论依据与分析
• 2.2.1 电弧等离子体与工质（气流）及磁场相互作用分析
• 2.2.2 电弧自磁压缩与电极过程分析
• 2.2.3 瞬态大电流过程材料性能与导电特性分析
• 2.2.4 材料性能及相关结构强度分析
• 2.2.5 电弧稳定工作对能源伏安特性的要求
• 2.2.6 热等离子体的输运系数与输运过程分析
• 2.3 中心电弧等离子体发生器的设计
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 底喷式等离子体发生器结构设计
• 2.3.3 中心内浮动等离子体发生器结构设计
• 2.3.4 中心外浮动等离子体发生器结构设计
• 2.3.5 同轴自适应式等离子体发生器结构设计
• 2.4 本章小结
• 3 中心电弧等离子体发生器工作性能的实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 等离子体发生器工作原理
• 3.3 自由放电实验研究
• 3.3.1 典型实验现象分析
• 3.3.2 单脉冲放电实验及其结果分析
• 3.3.3 多脉冲程控放电实验及其结果分析
• 3.4 定容高压状态下的实验研究
• 3.4.1 最小点火能实验
• 3.4.2 持弧性能试验及其结果分析
• 3.4.3 工作一致性试验及其结果分析
• 3.5 等离子体发生器承载能力分析
• 3.6 本章小结
• 4 中心电弧等离子体发生器在电热化学炮上的应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 等离子体注入时机与强度对弹道性能的影响
• 4.3 等离子体发生器在电热化学炮火药选型实验中的应用
• 4.4 等离子体发生器在电热化学炮装填参量优化实验中的应用
• 4.5 等离子体发生器工作性能及状态分析
• 4.6 本章小结
• 5 中心电弧等离子体发生器性能模拟模型的建立与分析
• 5.1 引言
• 5.2 D型等离子体发生器准稳态模型的分析与修正
• 5.3 毛细管实际消融模型的拓展
• 5.4 A型等离子体发生器工作性能模拟的准稳态模型
• 5.5 B型等离子体发生器工作性能模拟模型的考虑
• 5.6 等离子体工作条件下弹道性能预估计模型
• 5.6.1 基本假设
• 5.6.2 基本方程
• 5.6.3 辅助方程
• 5.6.4 定解条件
• 5.6.5 计算方法
• 5.6.6 数值结果与分析
• 5.7 本章小结
• 结束语
• 工作总结
• 创新点
• 进一步的研究设想
• 致谢
• 主要参考文献
• 攻读博士学位期间取得的成果