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。

电热化学发射中等离子体发生器放电特性的实验研究

从实验方面研究了电热化学发射中等离子体发生器随毛细管的几何尺寸和ＰＦＮ网络的初始充电电压等参数变化的放电规律，结果将有助于改进等离子体发生器的设计和提高放电的效能。

电热化学发射中硅堆故障试验分析

针对电热化学发射试验中脉冲电源发生的高压硅堆损坏,分析可能导致器件损坏的原因,通过机械振动冲击试验、脉冲放电仿真与试验、硅堆反向恢复特性测量等确定故障原因。研究结果表明:电热化学发射过程中的机械振动冲击不会造成硅堆损伤,故障由电感性质负载特性、串联元件的反向恢复特性不一致和脉冲电源非同步放电等因素共同造成,传输线电感分量偏大是故障发生的直接原因。研究结论对于高压硅堆在电热化学发射中的应用具有指导作用。

30mm电热化学炮膛内压力波数值模拟研究

使用包含瞬态燃速公式的一维内弹道模型模拟30 mm电热化学发射过程,通过与发射实验结果相比较,验证了该模型的精确性。对比常规发射和电热化学发射膛内压力波曲线可知,电热化学发射技术可以有效降低膛内压力波。进一步分析输入电能、放电时序、发射药弧厚、装填密度等参数变化对膛内压力波的影响。研究表明:同步放电的条件下,电能比不大于0.042时,压力波峰值变化很小;电能比大于0.042时,压力波峰值随着电能比的增加迅速增大;首个负波幅值随着电能比线性递增,但受电能比影响小于压力波峰值;采用时序放电时,在控制压力波的前提下,电能比与放电电流的脉宽呈正比;在较高电能比下,压力波峰值与放电电流的脉宽呈反比;随着发射药装填密度的增加,膛内压力波增大;但在控制压力波的前提下,可输入的电能比无明显变化,首个负波幅值随着电能比的变化趋势不变;弧厚的变化对压力波的影响可忽略不计。

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 .

电热化学发射中的过电压现象与机理研究

针对电热化学发射实验所观察到的过电压现象,基于系统的电路结构、主要元件特性和电热化学炮负载特性,通过对比实验、等离子体发生器电阻测量、等效参数测量和理论分析等研究得出过电压的产生机理。研究表明:过电压现象仅在电热化学炮发射过程中出现,与电热化学炮膛内环境下发生器的特性直接相关;机理上过电压由发生器表面断弧引起。在脉冲放电临近结束时刻,膛内环境使发生器表面电弧被强制熄灭,负载发生了突变,导致系统内部出现过电压。负载突变后调波电感的剩余磁能急剧转换为系统各处杂散电容的电能,电路满足过电压谐振条件,发生电磁振荡。根据主要元件的特性简要分析过电压对绝缘配合的影响,总结过电压带来的危害,设计了过电压缓冲电路。缓冲电路包括阻容电路、缓冲电阻和缓冲电感三部分。实验表明,缓冲电路能有效抑制发射过程中由发生器表面断弧所引起的过电压。当前电热化学发射技术正向工程应用发展,研究结果可指导发射系统的绝缘小型化设计,有助于提高系统的可靠性。

电热化学炮等离子体增强燃烧过程研究

在电能密度范围 0 5 8～ 0 98kJ/ g、装填密度范围 0 3～ 0 35 g/cm3条件下 ,实现了电热化学炮固体药点火、等离子体单脉冲或双脉冲增强燃烧过程 ,进行了等离子体燃烧增强特性分析 ,并结合数值分析对等离子体射流理想的注入时机予以了讨论 。

快恢复硅堆在电热化学炮脉冲成形网络中的应用研究

该文对使用大功率高压硅堆的脉冲成形网络 (PFN)的放电特性进行实验和理论分析 ,讨论了影响PFN输出脉冲电流波形的因素 ,通过引进触发真空开关(TVS) ,设计、调试了储能 2MJ的多PFN模块电热化学炮 (ETCG)脉冲功率源。

补偿脉冲发电机为主体电源的电热化学炮系统模拟和试验

介绍了以补偿脉冲发电机为主体的，电热化学炮分级供电脉冲电源系统的工作原理，建立了补偿脉冲发电机和毛细管非线性电阻模型，模拟计算和毛细管放电试验波形比较，结果表明两者基本吻合。理论模型较好地描述了毛细管电弧放电过程，为补偿脉冲发电机的参数选择和方案设计提供了理论依据。

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。

电热化学发射技术在大口径火炮上的应用前景

电能增强技术和等离子体点火技术是电热化学发射技术的两个重要研究方向。在目前技术水平条件下,利用电能增强技术来较大幅度提高大口径火炮炮口初速的方法是不可行的;利用等离子体点火技术增强火药燃烧性能可提高某大口径火炮2.6%的炮口初速,但该方式在电能的加载、时序放电的控制和火药气体的状态平衡方面存在很大的技术困难。等离子体点火技术较常规火炮的技术优势主要体现在提高火炮的弹道一致性及射击精度、弹道性能补偿和引燃更高密度发射药等方面,并预测了在将来高能高密度装药方面等离子体点火技术对提高炮口初速所具有的潜在优势。

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。

用于电热化学发射实验的脉冲电源系统

目前用于中小口径电热化学发射实验研究的脉冲电源系统 ,基于电容储能原理 ,包括 4个容量为 5 0 0kJ可程序控制的电源模块 ,可为电热电磁发射研究提供灵活可靠的电源供应 .每个 5 0 0kJ电源模块都包括 30kV电容器组 ,触发真空开关 ,高压快速硅堆以及调波电感器 ,并通过同轴电缆向负载输出脉冲电能 .整个 2MJ系统可以提供峰值 5 0～ 30 0kA ,脉宽 0 5～ 3ms的脉冲电流 .在此脉冲电源系统的基础上已经进行了大量实验 。

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。

液体发射药电热化学发射内弹道一维两相流模型及数值模拟

在理论分析的基础上 ,结合实验条件建立了液体发射药电热化学发射内弹道一维两相流数学模型 ,该模型包含电弧等离子体生成和运动、等离子体卷吸液体发射药生成小液滴以及膛内多相流体的相互作用。利用该模型对电热化学发射内弹道过程进行了数值模拟 ,并将模拟结果与实验数据进行了分析比较 ,结果表明模拟结果与实验数据基本吻合。

电热化学炮内弹道过程的势平衡分析

通过对电能作火药当量化假设,将势平衡理论用于电热化学炮的内弹道分析。根据常规和电热化学发射的试验结果,初步探讨了势平衡理论在电热化学炮内弹道数据分析中的应用。该方法可以用于确定弹丸运动的阻力系数,确定实际火药力和电能利用系数,评价脉冲放电的作用效能。根据势平衡点参数的变化,可以检测膛内火药燃烧是否有异常现象。

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。

液体工质电热化学发射实验研究

介绍了小口径电热发射装置采用液体（含能或不含能）工质的电热发射实验结果及对结果的分析。对工质的种类、质量和装填方式，等离子体的破膜压力，电能与化学能匹配关系，弹重等参量进行了初步优化。结果表明，采用不含能工质可将０．５ｇ弹丸加速到１７８３ｍ／ｓ，采用含能工质可将０．５ｇ弹丸加速到２１６０ｍ／ｓ，０．３ｇ弹丸加速到２２００ｍ／ｓ以上。测得的压力曲线表明，在电能与化学能释放速率互补的条件下，可以得到明显的压力平台效应。

基于AHP的电热化学及电磁轨道发射技术综合评价

介绍了电热化学（ETC）及电磁轨道（EMR）两种新概念电发射技术的原理及关键技术。为从定量角度评价ETC、EMR发射技术的综合性能，根据火炮系统分析评价的要求并结合ETC、EMR发射技术的特点，建立了以综合性能评价为目标层，以可用性、战技能力、经济性、可实现性为准则层，以ETC、EMR发射技术为方案层的递阶层次结构评价指标体系。基于层次分析法（AHP）利用1～9比例法给出了各层次指标下的比较判断矩阵，计算了各层次中指标相对于其上层次支配指标的排序权重，得出ETC与EMR两种电发射技术的综合评价的总权重分别为0．5477和0.4523，表明现阶段ETC技术的综合性能略优于EMR技术，这与目前的电发射技术的研究状态是相符的。

电热化学发射中输电结构绝缘性能影响因素

介绍了一种用于电热化学发射的输电结构,讨论了该结构对材料绝缘性能的要求。采用脂环族缩水甘油醚型环氧树脂、改性甲基六氢苯酐及高纯氧化硅填料为主要原料制作的绝缘层能够满足某口径电热化学炮输电结构对绝缘性能的要求。在分析气泡、孔径误差、台阶面等因素对绝缘性能影响的基础上,结合实际输电结构,提出了减弱或消除影响因素的方法。实验表明,在绝缘层表面胶粘覆盖聚酰亚胺薄膜,可以提高台阶部位的闪络电压。