电热消融毛细管几何参数放电实验研究

在电热化学 (ETC)发射系统中 ,作为等离子发生器的工作元件 ,毛细管的几何参数是影响系统电热转换效率 ,以及等离子体与膛内工质作用效果的主要因素之一 .本文通过在高、低两种电能水平以及不同管径下 ,对多种长度的消融毛细管作发生器放电实验 ,详细分析了在不同电能水平下 ,负载稳态阻抗、峰值电流、负载效率等主要放电特征参量随毛细管几何参数的变化规律     

电热增强型固体发射药火炮内弹道模拟研究

描述了消融毛细管中高压电弧放电下的等离子体形成，喷射和火炮内弹道过程；建立了脉冲功率源放电模型，消融毛细管放电模型，内弹道集总模型的耦 合模型，并进行了数值求解。通过对膛内压力曲线的形成特点的分析，提出了单脉冲点火，多脉冲增强燃烧的双喷管模型和常规固体药点火，多脉冲增强燃烧的单喷管模型。     

消融毛细管等离子体发生器一维数值仿真

消融毛细管等离子体发生器是电热化学发射系统中重要的组成部分。针对一种用于生成等离子体的标准消融材料——聚乙烯，本文建立了适用于等离子体发生器的一维控制方程组，并利用MacCormack的显隐格式进行数值求解，仿真出了等离子体发生器放电特性参数以及发生器内的一维流动情况，并由实验得到了验证。本文的模型可以对等离子体发生器的工作特性进行预测。     

中心电弧管内受限高压放电的实验研究

在电热化学发射中，等离子体发生器的放电过程是电能转化为热能的重要阶段。文中提出了采用中心电弧式的毛细管，并对一种通用的材料－－聚乙烯在多种贮能条件下进行了放电实验研究，得出了一些规律性的认识。实验表明，中心电弧等离子体发生器在电弧稳定性以及对现有发射装置的电热化学发射改造等方面都有其独特的优点。     

毛细管等离子体阻抗特性实验研究

电热或电热化学发射中以等离子体实现能量的转化,等离子体的阻抗特性决定了能量的转化效率。从实验角度研究了毛细管内电弧放电生成的等离子的负载阻抗特性。通过测量放电过程中等离子体负载的电压,电流,分析了等离子体负载阻抗值在不同放电电压及环境背压条件下的变化趋势及其对电能输入效率的影响。实验结果表明毛细管内等离子体负载阻与放电电压成反比,电能输入效率与毛细管外背压成反比。     

脉冲成形网络与毛细管等离子体发生器的计算

电容储能脉冲成形网络和消融毛细管等离子体发生器是电热发射系统的两个重要组成部分,电网络的放电电流和等离子体负载在整个放电过程中是互相耦合的.文中将电容储能脉冲成形网络电路的简化模型与等离子体发生器一维模型结合,对等离子体发生器放电实验进行预测,并与实验结果进行了对比,这种计算对脉冲成形网络和等离子体发生器的设计和运行都具有指导意义.     

低于一个大气压条件下低温等离子体光谱研究

以沿面放电低温等离子体对流体边界层控制的研究为背景,以实验研究为主要手段,在自行设计的放电电极板上实现低于一个大气压条件下的等离子体放电,通过改变电参数和气压,最终获得了等离子体发射光谱、辐射强度等与各放电参数和各气压条件间的相互关系,以了解不同气压条件下沿面放电低温等离子体的基本特性.     

消融控制电弧等离子体电导率模型的初步研究

分析了消融控制电弧等离子体的非理想性质,提出了新的电导率模型,并用于计算电热炮放电毛细管中等离子体的电导率,模型中考虑了中性柱子碰撞和量子机理.将计算结果和其它模型作了比较.结果表明,该模型更适用于脉冲放电等离子体电导率的计算.给出了一个简化的计算公式,在20 000～50 000 K的温度范围内,简化公式和该模型的计算结果相差不到10%.     

中心式等离子体发生器的实际消融模型

根据电热化学炮中心喷射式等离子体发生器毛细的实际消融结果，综合分析毛细管的消融过程，建立了比较符合实际情况的毛细管消融数学模型，为模拟等离子体的成形过程，特别是为了工程设计应用，毛细管的结构强度分析，亦即产生长效等离子体发生器的结构设计提供较为可靠的理论依据。     

结构参数变化对等离子体发生器性能的影响

建立了关于电热化学炮底喷式等离子体发生器的零维模型,从理论上分析了消融管长度、半径和喷口半径等结构参数发生变化对等离子体性能所带来的影响。计算结果表明,通过选择合适的结构参数．可以获得一定性能的等离子体。     

等离子体点火条件下火药燃速的实验研究

利用改进的密闭爆发器对等离子体增强火药燃速的特性进行了实验研究.基于几何燃烧定律的假设,提出了等离子体作用下火药燃速的计算模型.针对等离子体是由外部电能以设定的波形和能量加在等离子体发生器上而产生的,模型重点考虑了脉冲放电波形和能量的影响.对单基药进行的密闭爆发器实验表明,火药燃速在等离子体注入期间显著增强,在放电功率达80 MW时燃速可增加2～3倍.该文提出的燃速实验方法对寻找与等离子体作用匹配的火药从而发挥电热化学发射技术的潜在优势具有重要意义.     

喷射压力变化对脉冲等离子射流扩展特性的影响

为分析喷射压力变化对脉冲等离子射流扩展特性的影响,建立脉冲等离子射流在空气中扩展的二维轴对称非稳态模型,并进行数值模拟。研究了1.5~3.5 MPa喷射压力范围内,脉冲等离子射流在空气中扩展时的两相界面演化特性及流场参数变化规律,并与实验结果进行对比。研究结果表明：脉冲等离子射流的轴向扩展位移模拟值与实验值较为吻合;喷嘴出口处,射流场参数骤变,近场处参数变化较为剧烈,后期逐渐衰减至环境参数;喷射压力增大时,脉冲等离子射流的扩展体积、马赫盘大小及压力等流场参数均随之增大,扩展过程中的湍流掺混现象也随之增强,表现为等离子体与空气两相界面破碎加剧;喷射压力减小到1 MPa时,喷嘴近场无马赫盘出现。     

脉冲等离子射流在空气中扩展特性的测量与分析

为了分析脉冲等离子射流在空气中的扩展特性,采用压电式压力传感器及数字高速录像系统,研究了等离子发生器产生的脉冲等离子射流的扩展过程。用Photoshop等软件处理获得了不同放电电压及喷射破膜压力下,脉冲等离子射流在大气中扩展的体积、轴向位移、径向位移随时间的变化关系。结果表明,脉冲等离子射流扩展时,其形状由初始的类椭球形状逐渐伸展成一个类圆锥头部加细长的类柱形尾部。射流轴向扩展位移始终大于径向位移。扩展的体积随时间呈单峰分布。增大放电电压和喷射破膜压力均可提高射流的扩展能力,且放电电压越大,等离子射流扩展时的湍流掺混越剧烈。     

Experimental Study on Plasma Temperature of Semiconductor Bridge

The plasma temperature of the semiconductor bridge (SCB) was measured in real-time according to relative intensity ratio of dual lines of atomic emission spectrum.The plasma temperature under different discharge pulses and the influence of discharge pulse energy on it were studied.The results show that the plasma peak temperature rises gradually with the increase of initial discharging voltage and charging capacitance.For the capacitance of 22 μF,if the initial discharging voltage increases from 21 V to 63 V,the plasma peak temperature rises from 2 000 K to 6 200 K.For the discharging voltage of 39 V,the peak temperature rises from 2 200 K to 3 800 K when the capacitance increases from 6.8 μF to 100 μF.The change of pulse discharge has a very small effect on the plasma temperature at the late time discharge (LTD).In view of the change of plasma temperature with the pulse energy,the discharging voltage has a greater effect on the plasma temperature than the capacitance.The results provide some experimental basis for the further research on SCB ignition and detonation mechanisms.     

强电磁干扰下Scandiflash X射线系统外触发技术

为解决等离子体放电产生强电磁辐射影响Scandiflash脉冲X射线系统正常触发的难题,设计了适用于等离子体放电实验的Scandiflash脉冲X射线系统外触发系统.使用Rogowski线圈将高压信号转换为低压信号,用光纤传输系统隔离强电磁环境.该触发系统能够按照设定的时序精确触发Scandiflash脉冲X射线系统,满足实验要求.     

氩/氢等离子射流特性研究

为了研究等离子体射流场的特性,通过测量等离子体发生器的工作参数,并根据能量守恒原理,计算出等离子体发生器出口射流的平均焓值、平均温度及其分布;由于等离子体发生器出口处射流温度高达104K以上,其特性参数的直接测量非常困难;试验中分别改变等离子系统的电流大小、主气和次气流量,观察等离子射流的参数变化,并对碳/碳复合材料进行烧蚀实验;结果表明:在等离子体发生器的出口处,射流温度呈抛物线分布;随着电弧电流的增大,等离子体发生器射流的焓值、温度和速度都显著提高;增加主气气体流量,射流焓值与温度呈下降趋势,而增加氢气流量时,射流焓值与温度将会得到显著提高。随着温度和焓值的升高,碳/碳复合材料的烧蚀率增大,烧蚀形貌有很大的变化。     

瞬态小尺寸等离子体的判断及光谱法表征

以等离子体为激发能量的点火方式是含能材料点火技术的一个发展方向,等离子体的基本参数如温度和电子密度对研究等离子体点火的机理是重要的参数。对于半导体桥( SCB)在一定放电条件下所产生的瞬态小尺寸等离子体,很多等离子体诊断方法不能适用。本研究利用原子发射光谱技术,同时获得SCB等离子体温度和电子密度随时间分布的诊断结果,在放电电压为16 V,充电电容为47 μF条件下,1.0 Ω的SCB等离子体温度分布在2 400—3 800 K之间,电子密度约为3.2×l014～4.2×1014个／cm3左右。同时,依据筹离子体成立的空间尺度和时间尺度条件,根据光谱诊断结果,判断不同型号的SCB的放电行为是否产生等离子体。本研究为瞬态小尺寸等离子体诊断提供了一种有效的方法,为SCB桥体的设计以及点火方式的控制提供了理论指导和参考依据,以及用于其它体系中等离子体参数的诊断及判断。     

火药燃烧生成等离子体规律数值仿真研究

为了研究火药燃烧生成等离子体规律,分析了火药燃烧时的物理化学过程,建立了火药燃烧时生成等离子密度规律数学模型,并对火药燃烧时等离子体生成规律进行数值模拟仿真。将数值模拟的结果与试验结果进行对比,确定模型的正确性与可行性。利用所建立的数学模型,分析不同的装药结构参数对等离子体的影响,得到了等离子体密度变化的规律,为下一步提高等离子体生成浓度奠定基础。     

碳化硅颗粒增强铝基复合材料微细电火花线切割加工材料去除率研究

碳化硅颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料微细电火花线切割加工材料去除过程受多种因素交互影响,难以获得有效的材料去除率数学模型,而在多约束条件下试验研究不失为解决该问题的一种有效方法。采用中心复合设计(CCD)实验方法,设计三因素五水平的SiCp/Al复合材料微细电火花线切割加工实验方案。利用响应曲面法建立材料去除率与主要电源参数(开路电压、电容和脉宽)的二阶模型,通过对实验数据的多元二次拟合,获得材料去除率的二次回归数学模型。进一步分析了实际加工条件对工艺参数的约束,并以提高 SiCp/Al复合材料微细电火花线切割加工材料去除率为目标建立工艺参数优化模型。设计粒子群优化（PSO）算法及其流程进行优化问题求解,其结果显示PSO算法可以快速有效地获得满足多约束的最佳工艺参数。