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水中丝爆引发的推进效应

张春喜  
【摘要】:所谓液电效应是指水等液体介质在高功率脉冲放电作用下产生的声、光、热和机械效应等综合物理现象。自前苏联学者尤特金发现液电效应以来,它已经在工业、科学、医学、军事等方面获得了广泛的应用。本文所开展的研究工作是为了探讨将液电效应用于推进的可能性,其意义在于为实现船舶零速原地回转,避免螺旋桨推进中大回转半径的限制提供一种新的侧推技术。 蒸发波模型、动力学模型和经验模型都从不同的侧面描述了爆丝的变化过程,揭示了爆丝材料和周围介质对爆丝断路开关性能的影响。但就如何将爆丝模型用于解释液中放电产生的各种效应还缺乏有效的工作。本文在忽略集肤效应的假设下,用电阻模型分析了爆丝材料和参数对回路放电的影响,给出了描述放电回路的微分方程和求解的初始条件,揭示了放电波形与爆丝尺寸之间的关系,为提高放电速率开辟了新的途径。 为了分析液中放电产生的机械力学效应,本文提出了丝爆后气泡的简化动力学模型,利用气泡外压力线性分布的假设,给出了压力波传播的规律。从能量平衡方程出发,在已知能量波形的条件下,对气泡的运动状态进行了研究和模拟,得到了能量动态分配,以及气泡内温度、压力的变化趋势。同时也得到了爆丝参数通过对能量波形的影响而改变气泡运动的过程。 建立了由电容储能型高功率脉冲电源、推进加速器和模型推进的控制与测量系统组成的实验模型。根据电解电容器的放电寿命指标以及非振荡放电特点,提出了以电解电容器为储能元件的高效能脉冲电源方案。为避免电容器恒压充电回路的效率限制,给出了用高频软开关技术实现的电容器恒流充电方案,讨论了软开关的工作模式及其约束关系,指出软开关工作于f s fr/ 2模式是实现恒流充电的理想模式。 采用了机械约束和磁约束,构造了独特的放电反应室和电极结构以增强推进效应。设计了轴-径环状结构电极系统和爆丝自动进线装置以及送线检测电路以实现爆丝的连续供给。 利用水中丝爆放电实验系统,在不同参数的爆丝样本下,进行了丝爆


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