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等离子体与火药相互作用的研究

谢玉树  
【摘要】:本文对电热化学发射技术中等离子体与火药的相互作用进行了理论和实验研究。 在理论上,为了更好地描述固体火药的等离子体点火,引入了描述超急速热传导现象的非傅立叶导热模型,在总结和评述前人研究非傅立叶导热效应的基础上,用积分变换的方法分析求解了空腔球壳在内外表面遭受温度突变时的的双曲线型非傅立叶导热模型方程,并得到了其温度响应和温度分布规律,计算结果为将非傅立叶导热模型作为热传导的本构关系在电热化学推进技术中的应用提供了理论依据。 在传统的火药燃烧理论的基础上,发展了非傅立叶效应的热传导理论模型,建立了圆柱形火药颗粒的非傅立叶导热模型方程,并进行了分析求解和计算。结果表明,用非傅立叶导热模型作为固体火药点火理论的本构关系,比传统的火药点火理论更能够真实地反映等离子体与火药的相互作用。 对固体火药的等离子体点火作了系列实验,结果表明,等离子体对固体火药点火性能的影响包括点火延迟明显缩短,点火延迟时间与火药类型和等离子体的热流量及电能输入有关。 利用密闭爆发器对不同类型的固体火药作了等离子体点火的实验研究,结果表明,不同类型的固体火药,其燃烧性能、对等离子体的敏感程度、燃速是不一样的。 从力学角度研究了等离子体对固体火药颗粒的非傅立叶热作用和热冲击。通过对空腔球形的固体火药颗粒进行热弹性理论的分析和计算发现,在动态热冲击过程中,火药颗粒会出现过大的尖峰应力导致损伤而破碎,从而增加火药颗粒燃烧面积进而提高火药的燃气生成速率。 理论上探讨了电热化学轻气发射装置的工作原理,并建立了相关的内弹道物理和数学模型。


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