等离子体点火密闭爆发器中火药燃速特性的研究

等离子体与火药的作用规律是影响电热化学发射中能量利用效率的关键因素。研制了采用等离子体点火的密闭爆发器实验系统,对单基药在等离子体作用下的燃烧特性进行了研究。结果表明:等离子体点火可以显著缩短火药的点火延滞时间;实现有效点火的电能的最低阈值低于0.05kJ/g;输入电能可以显著增加火药的燃速。等离子体对所用单基药燃速的增强效果仅体现在电脉冲注入期间,但是随着电能输入的增加,逐渐显示出等离子体注入期后火药燃速增强的趋势。     

固体发射药等离子体点火过程及弹道效应分析

总结了常规火炮点火的现状,分析了固体药电热化学炮（ＳＰＥＴＣ）点火的潜在优势,并对等离子体点火过程中存在的燃速增强机理进行了讨论。作为等离子体点火的弹道效应分析,利用电热增强固体药内弹道、等离子体发生器、脉冲功率源三者的耦合编码,计算了不同点火功率、不同毛细管径对ＳＰＥＴＣ炮弹道性能的影响。     

破碎发射药形状特征量的计算方法

分析了发射药形状特征量与密闭爆发器试验中发射药的燃烧压力曲线之间的关系,提出了估算破碎发射药形状特征量的方法,并给出了确定发射药形状特征量的详细步骤。对通过落锤实验得到的不同破碎程度的发射药进行了密闭爆发器实验,并利用建立的方法计算了该发射药的形状特征量,计算结果与实验结果吻合较好。     

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。     

Non‐linear analysis of solid propellant burning rate behavior

The parametric analysis of the thermal wave model of the non‐steady combustion of solid propellants is carried out under a sudden compression. First, to observe non‐linear effects, solutions are obtained using a computer under prescribed pressure variations. Then, the effects of rearranging the spatial mesh, additional points, and the time step on numerical solutions are evaluated. Finally, the behavior of the thermal wave combustion model is examined under large heat releases (H) and a dynamic factor (β). The numerical predictions show that (1) the effect of a dynamic factor (β), related to the magnitude of dp/dt, on the peak burning rate increases as the value of β increases. However, unsteady burning rate ‘runaway’ does not appear and will return asymptotically to apⁿ, when β≥10.0. The burning rate ‘runaway’ is a numerical difficulty, not a solution to the models. (2) At constant β and m, the amplitude of the burning rate increases with increasing H. However, the increase in the burning rate amplitude is stepwise, and there is no apparent intrinsic instability limit. A damped oscillation of burning rate occurs when the value of H is less. However, when H>1.0, the state of an intrinsically unstable model is composed of repeated, amplitude spikes, i.e. an undamped oscillation occurs. (3) The effect of the time step on the peak burning rate increases as H increases. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

低冲击下固体推进剂延迟起爆现象

为了研究固体推进剂在低强度冲击作用下的延迟爆轰现象（XDT）,设计了2次冲击波加载的双隔板实验。用X光摄像技术观测了推进剂在低强度冲击作用下的延迟起爆现象。建立了推进剂双隔板实验计算模型,运用非线性动力学有限元方法对推进剂的双隔板实验进行了数值模拟,得到推进剂在2次独立冲击波加载作用下的压力历史,分析了推进剂发生延迟爆轰的受力过程。结果表明,在强度较低的冲击波作用下,该推进剂会发生XDT现象,对推进剂重复冲击加载作用和推进剂在加载作用下的敏化程度是控制XDT现象发生的主要因素。     

固体火箭推进剂起爆技术

针对便携式防空导弹的聚醚复合推进剂进行了余药起爆试验。试验表明,在聚能装药起爆器作用下成功地起爆了推进剂药柱。该技术对战斗部 发动机一体化设计有重要应用价值。     

初始堆积对发射药床底部挤压应力的影响

为给发射装药发射安全性的评估提供关键数据,对不同初始堆积发射药床进行了挤压破碎实验,测得了发射药床底部的挤压应力。利用离散单元法,建立了发射装药挤压破碎动力学模型,对发射药床的挤压应力进行了计算。实验结果和计算结果吻合较好。随机堆积药床底部的挤压应力较一致,竖排堆积药床底部的挤压应力差异较大。     

液体火箭爆炸地面有害气体生成与扩散分析

建立了自燃液体推进剂运载火箭爆炸时地面残余推进剂蒸发模型和产生的有害气体在大气中的扩散模型,给出了N2O4/UDMH液体推进剂爆炸产生的地面推进剂残留量、推进剂污染区直径、大气环境中地面残余N2O4和UDMH推进剂蒸发速率等参数的实验结果。利用该理论模型对大型运载火箭发生意外爆炸事故产生的地面残余推进剂蒸发时间和形成的有害气体危害范围进行了估算。该理论模型可为航天发射场制定安全防护措施提供有用的评估方法。     

点火具点火射流蚀剥作用对底排药柱燃烧特性的影响

为了研究底排点火具射流蚀剥作用对底排药柱碎块脱落情况及其燃烧性能的影响,采用半密闭爆 发器实验装置模拟底排弹出膛口瞬态卸压工况,借助高速录像记录点火具点火与底排药柱燃烧的序列图像。 建立底排药柱在半密闭爆发器燃烧的数学模型,计算分析了不同碎块脱落质量引起的平均压力、质量流率和 燃烧时间的变化情况。研究结果表明:蚀剥作用发生在点火具点火初期,导致脱落的底排药剂碎块来不及燃 烧;蚀剥作用主要是强点火射流对底排药柱侵蚀与冲击造成的;碎块总量约占底排药柱初始质量的7%~ 9%,严重影响点火和燃烧的一致性。计算结果与实验值吻合较好。     

电磁加速等离子体喷涂技术的原理分析

对自行研制的电磁加速等离子体喷涂技术（Electromagnetically accelerated plasma spraying,EMAPS）从原理上进行了分析,建立了等离子体的运动方程,得到了脉冲电流作用下等离子体上任一点的磁感应强度的计算公式和等离子体及它所压缩周围空气的速度表达式;并分析了粉末粒子与冲击波的相互作用,得到了粉末粒子的喷涂速度与喷枪长度、粉末粒子直径以及电流强度之间的关系;同时还对喷枪的长度进行了设计。