金屬橋箔電爆炸電漿特徵及點火機理研究

《金屬橋箔電爆炸電漿特徵及點火機理研究》是依託北京理工大學，由伍俊英擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：金屬橋箔電爆炸電漿特徵及點火機理研究
• 依託單位：北京理工大學
• 項目負責人：伍俊英
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

金屬橋箔電爆炸電漿點火技術是利用脈衝大電流作用金屬橋箔，使其發生電爆炸產生高溫高壓電漿，電漿對點火藥實施點火。這種點火技術，由於安全性和可靠性極高，成為今後武器中鈍感點火系統發展的主要方向。目前，人們對金屬橋箔電爆炸電漿特徵及點火機理的認識還不十分清楚，因此，還需要對金屬電爆炸電漿點火技術涉及的相關理論和規律問題進行研究。.本課題通過金屬橋箔電爆炸實驗，獲取電爆炸過程中的電性能特徵和電漿特徵。在此基礎上，建立合理描述電漿能量吸收的理論模型和高溫電漿的非理想狀態方程，對金屬電爆炸電漿流場演化過程進行數值模擬計算。建立高溫電漿熱和衝擊複合作用點火過程的理論模型和計算方法。結合電漿點火實驗，分析點火藥在高溫電漿作用下的點火機理。研究結果可為電漿點火系統的最佳化設計提供理論指導，同時也為金屬電爆炸電漿在其它方面的套用奠定基礎。

結題摘要

金屬橋箔電爆炸電漿點火技術是利用脈衝大電流作用金屬橋箔，使其發生電爆炸產生高溫高壓電漿，電漿對點火藥實施點火。本項目開展金屬橋箔電爆炸電漿特徵及點火機理研究。按照計畫要求，完成了金屬橋箔電爆炸的電測實驗；完成了電漿特徵參量的測量實驗；完成了電漿射流形成及噴射過程的數值模擬研究；完成了電漿點火實驗和數值模擬研究。通過三年研究工作，完成了項目的全部研究內容，主要取得了以下研究成果。 (1)以CCNA複合金屬橋箔和純銅橋箔為研究對象，進行了金屬橋箔的電爆炸實驗，測量了橋箔電爆炸的爆發電流及電壓。獲得了描述電爆炸性能的爆發時間、電流和電壓等重要參數。實驗結果表明，橋箔電爆炸前沉積的能量較低，不到總能量的10%。 (2)建立了橋箔電爆炸放電過程的計算模型，對橋箔電爆炸的爆發電流、電壓和動態電阻進行了計算，獲得了橋箔材料、尺寸和厚度等因素對其爆發性能的影響規律。 (3)採用高速紋影測量方法，對金屬橋箔電爆炸電漿以及衝擊波流場進行了觀測，獲得了電漿和衝擊波形狀及演化過程，得到了電漿射流和衝擊波的傳播距離、速度及壓力等特徵參量隨時間變化規律，分析了橋箔的發火電壓對電漿以及衝擊波流場特性的影響。 (4)建立了金屬橋箔電爆炸衝擊波波陣面特性參數的理論計算方法，計算得到了金屬橋箔電爆炸過程中衝擊波傳播距離、速度、粒子速度和波陣面壓力隨時間的變化規律。計算結果與實驗結果相吻合。 (5)建立了金屬橋箔電爆炸電漿的流固耦合計算模型。考慮了銅橋箔的相態變化， 電漿對電能的吸收。套用帶電離度的電漿狀態方程，實現了金屬橋箔電爆炸電漿及衝擊波的數值模擬。獲得了金屬橋電爆炸後電漿流場溫度、壓力及速度的分布規律。對電漿點火過程進行了數值模擬計算，考慮了感點火藥的自熱反應，獲得了電漿射流作用下的點火溫度分布規律。 (6)進行了電漿對鈍感點火藥B/KNO3的點火實驗。獲得了發火能量、橋箔尺寸參數，發火通道的長度，點火藥裝藥密度等幾個因素對點火性能的影響規律，給出了金屬電爆炸電漿的點火機理。 (7)採用原子發射光譜法，測量了橋箔電爆炸後電漿的連續發射光譜，分析了電漿的輻射演化特性，獲得了電漿溫度和電子密度隨時間演化規律。