补偿脉冲发电机驱动电热化学炮推进系统设计与建模

电热化学炮因需要的电能较小,且与传统的火炮具有相似和延续性,近年来备受关注。通过加农炮口径电热化学炮的参数指标,进行补偿脉冲发电机驱动电热化学炮推进系统的设计与建模。结合补偿脉冲发电机的储能需求,建立电热化学炮系统的电路模型和动力学模型,计算在给定参数下的弹丸出口速度。设计惯性储能电源补偿脉冲发电机,通过联合仿真得出单次发射电机的转速降落,继而计算单次发射的能量消耗和发射效率。结果表明,补偿脉冲发电机驱动电热化学炮系统可使弹丸获得较好的出口动能和理想的发射效率。

高密封性等离子体发生器一致性实验研究

毛细管放电等离子体发生器是电热化学炮中的关键部件,其工作特性直接影响着等离子体的点火效果。发生器工作的一致性则是实现发生器输出优化的基础,也是实现电热化学炮优势的重要保障。为验证并优化发生器的工作一致性,以放电中的电参数与射流压强作为表征参数,对一种典型的等离子体发生器设计结构开展了相同条件下的重复性实验。结果显示发生器不同次实验的输出特性一致性较差,且实验后的发生器中可见明显的烧蚀痕迹与大量炭黑。实验结果表明发生器内部密封性不足是造成输出不一致性的最主要原因。针对这一问题,设计了一种特殊截面的电极结构以增强发生器的密封性,验证性实验结果显示改进的发生器方案可明显改善发生器的内部密封性与工作一致性。

大功率二极管脉冲功率源中的过渡过程

在大功率 RLC放电电路中 ,需要高压、大功率二极管对震荡放电电流进行整流 .由于目前二极管的技术参数不足以评定其在 ETC环境下的适用性 ,本文通过对二极管在高 di/dt、dv/dt放电环境下开关特性的实验和分析 ,对两种带有二极管硅堆的脉冲成形网络的放电过渡过程的理论分析和实验 。

降低发射装药弹道温度系数技术的国内外研究进展

论述了国内外降低发射装药弹道温度系数技术的研究进展,主要包括采用机械压扁技术、包覆技术、表面包覆双基(SCDB)发射药技术、挤压浸渍(EI)技术、挤压复合低敏感(ECL)技术等实现燃面补偿可以降低发射装药弹道温度系数;对低温度系数(LTC)发射药的药型进行设计优化可以使不同温度下的燃速基本保持一致,从而降低发射装药弹道温度系数;电热化学发射技术能够通过调节输入能量精确实现对温度变化的补偿,显著降低发射装药弹道温度系数。结合降低发射装药弹道温度系数的基本原理,总结了不同技术途径降低发射装药弹道温度系数的调控机制。基于上述论述,今后可开展对ECL发射药、SCDB发射药的研究,进一步增强对等离子体与发射药相互作用机理以及电源的小型化研究。

电磁环境下电热化学炮膛压测量技术

分析了电热化学炮膛压测量技术中的抗干扰和仪器安全性问题 .介绍了电热化学发射实验时的强电磁干扰和地电位浮动问题 ,在分析强电磁干扰对现有的电热化学炮膛压测量结果影响的基础上 ,引入了现场存储型膛压测量技术 .

等离子射流与渐扩边界中液体工质相互作用特性的模拟实验

为了探索整装式液体工质电热化学炮中药室边界形状对燃烧控制的影响,采用数字高速录像系统对等离子体射流在液体工质中的扩展过程进行了测试,研究了不同放电电压、不同喷嘴直径、不同渐扩边界结构下等离子射流与液体工质的相互作用特性。获得了等离子射流在液体工质中扩展形态的时间序列图,处理出不同工况下Taylor空腔扩展的轴向位移与时间的关系曲线,计算并分析了不同工况下等离子射流在液体工质中的扩展速度和相互作用的机理。研究结果表明:Taylor空腔的轴向扩展速度具有波动性,但总体上呈衰减趋势。渐扩台阶处,径向湍流增强,强化了等离子射流的回流卷吸效应。

一种新型爆炸点火等离子体化学炮技术

介绍了一种小型爆轰驱动等离子体发生器,建立了相应的理论模型。并提出了由此小型爆炸等离子体发生器取代电热化学炮中毛细放电管等离子体源的纯化学能发射技术——爆炸等离子体化学炮新观念,探讨了这一新技术的可行性,并进一步提出了由多个爆炸等离子体发生器接力增燃化学炮推进剂的设计方案。

提高脉冲功率源控制系统抗干扰能力的技术措施

针对电热化学炮研究中所遇到的电磁干扰问题，分析了电磁环境影响时序控制系统工作可靠性的主要因素及途径．对电磁干扰信号进行了频谱分析，提出了利用浮地屏蔽法解决控制系统抗干扰的技术措施，并在储能３００ｋＪ的脉冲功率源中进行了多路放电实验．有效地提高了时序控制系统的抗干扰能力。

使用爆炸组合开关的脉冲成形网络技术研究

本文研究了利用爆炸组合开关进行脉冲电流波形调制的技术 ,通过对网络结构、特性的分析和实验 ,建立了使用爆炸组合开关的脉冲成形网络模型及适用于电热化学炮研究的脉冲功率源 ,并进行了不同负载条件下的单。

等离子体增强火炮发射性能的实验研究

在30mm电热化学发射装置上进行了输入电能、装填密度和火药种类影响发射性能的实验研究。实验结果表明:在等离子体脉冲的作用下,火药燃烧过程得到增强,燃气生成速率提高,导致较陡的起始压力上升曲线。在较大能量和脉宽的电脉冲作用下,在不增加最大膛压的情况下能有效地提高炮口初速。某些经过表面处理的火药可以在抑制最大膛压升高的同时保持等离子体对火药燃烧的电增强效应,提供了一种提高发射效率的有效途径。

固体工质电热化学炮内弹道二维模型研究

建立了描述固体工质电热化学炮内弹道过程的轴对称二维模型,计算结果与实验符合良好,证实了模型的可行性。二维模型可以给出膛内参数的详细分布,为细致研究等离子体点火及燃烧增强过程提供了有力的工具,并可以应用于实验方案预测及分析。

用于电热化学炮的放电毛细管烧蚀模型研究

为研究毛细管的烧蚀质量参数进而指导点火系统设计,对电热化学发射中等离子体点火用聚乙烯放电毛细管的烧蚀过程进行了理论研究。用电弧等离子体磁流体动力学仿真模型中的烧蚀焓方法,计算了一个典型放电周期过程中烧蚀率的时间分布。辐射能的计算分别采用灰体辐射模型与净辐射系数模型,对烧蚀过程的影响进行了对比分析。结果表明,等离子体的温度对管壁的烧蚀率有较大影响;在相同输入参数计算条件下,两种模型计算结果存在较大差异;灰体辐射模型理论计算结果与实验值接近。净辐射系数法适用于大管径放电情况,在小管径情况下则会低估烧蚀结果。

膛内等离子体点火及燃烧增强过程数值模拟

在初始点火过程中 ,假设等离子体为充分发展射流流动 ,因而可采用积分近似模型进行描述。而在随后的膛内燃烧过程中通过以经验公式给出等离子体混合长度的方法来处理等离子体的运动 ,并给出了合适的相间阻力及传热公式。通过在计算网格设计中引入了自适应方法提高了数值解精度。计算膛压曲线与实验符合良好。相对常规内弹道情形 ,等离子体能量的注入使在不同时刻膛内的气、固两相速度、压力和膛底温度等出现提高 ,这是等离子体注入后对内弹道的增强过程。计算结果为固体工质电热化学炮的弹道设计提供了理论依据。

电热发射测试系统的高电压隔离技术研究

分析电热发射系统中多点接地的成因及其给测试系统带来隐患 ,研制了适用于电热发射测试系统高压隔离的光纤直接耦合传输系统 ,有效地切断了发射系统与测控系统之间的地回路 .经过多次实验证明 ,满足电热发射系统电压测量的基本要求 ,高压隔离效果良好 。

火药床内电弧辐射能量分布的数值研究

为了研究辐射能量在火药床内的分布情况,该文采用了Monte-Carlo方法,模拟颗粒床中辐射换热的实际物理过程,通过对能束的追踪,得到辐射热流量分布的统计规律,火药床对电弧辐射有屏蔽仿真,辐射能量只能作用在电弧周围很小的距离内.该方法能够为电热化学炮点火机理的研究提供一定的理论依据.

电热化学发射技术的研究进展——弹道国防科技重点实验室新概念研究10年

介绍弹道国防科技重点实验室 1 0年来在电热化学 (ETC)发射技术领域的研究进展。涉及技术基础 (脉冲电源、成形网络PFN、测控技术 )、原理研究 (等离子体发生器及等离子体与含能工质相互作用机理、模拟方法 )和系统集成等方面的研究结果 ,预示了电热发射技术的应用前景。

两相被动补偿脉冲发电机电流脉冲波形的仿真研究

建立了考虑转速变化时的两相被动补偿脉冲发电机电枢电流的耦合电路仿真模型，以此为基础，对驱动电热化学炮时的脉冲电流波形进行了仿真，分析了影响电流脉冲波形的因素，可为该电机设计、优化提供参考。

电热化学炮VXI测控系统集成技术研究

本文介绍了电热化学炮VXI测控系统的集成技术。该系统包括时序触发模块、高速数据采集模块、测速模块、开关模块 ,它能适应电热化学发射系统工作参数多、流程复杂、环境恶劣的特点 ,同时还兼容常规固体火炮的测控要求。文中提出了VXI测控系统的两种工作模式 :联合触发和单独触发 ,联合触发根据一定的时序触发VXI测控系统中要求动作的模块 ,这两种工作模式扩大了VXI测控系统的功能。

一种用于高功率脉冲电源的闭合开关

在电热、电磁发射技术中，高功率脉冲电源占据着非常重要的位置，开关是高功率脉冲电源的重要组成部分。该文介绍了大功率空气开关的特性及主要结构特点，着重介绍了ＨＧ－１００型空气开关的设计及特性，分析了空气开关存在的问题及改进方向。研究表明，从触发脉冲加入瞬间到电导等离子体开始形成阶段，决定着空气开关的动作时间和稳定性；在间隙中形成高电导率的等离子体的速度决定了脉冲前沿的徒度；脉冲功率电源稳定工作的极限频率取决于间隙绝缘强度的恢复时间。

某口径电热化学炮弹道温度补偿性能试验研究

与常规火炮相比,电热化学炮能够通过调节脉冲电源的电能输入来提高弹丸在不同环境温度下的初速,输入电能的载体是等离子体发生器。通过分析不同材质等离子体发生器放电性能,结合某口径电热化学炮装药结构弹道性能试验,研究电热化学炮弹道温度补偿性能规律。结果表明:随着输入电能的增加,等离子体发生器释放能量随之增加;基于铜膜/聚乙烯材料的等离子体发生器电能利用率高于铜膜/环氧材料发生器和金属丝/环氧材料发生器;输入电能对铜膜/聚乙烯材料发生器装药结构弹道性能影响较小,对铜膜/环氧材料发生器装药结构膛压影响较小、初速影响较大,与常规发射相比弹丸初速提高32.4 m/s;铜膜/环氧材料等离子体发生器对电热化学炮弹道性能提高具有增益效果。