【摘 要】
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超临界二氧化碳发射技术作为一种新型发射方式,利用液态二氧化碳的相变特性,在较低的临界压力和温度条件下,快速膨胀为超临界状态流体（介质）并形成高压,推动弹丸运动做功,实现高速度发射。超临界二氧化碳具有高焓值的特性,可以解决传统气体发射装置结构复杂、体积大、压力低且需要辅助储气装置等缺点,发射过程以二氧化碳吸热汽化为主,流体介质温度低,不产生硫化物等有害气体,是新型的安全可靠绿色环保的发射方式。本文所
【基金项目】
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某非火药介质发射轻质弹丸的试验装置校企联合研究项目；
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超临界二氧化碳发射技术作为一种新型发射方式,利用液态二氧化碳的相变特性,在较低的临界压力和温度条件下,快速膨胀为超临界状态流体（介质）并形成高压,推动弹丸运动做功,实现高速度发射。超临界二氧化碳具有高焓值的特性,可以解决传统气体发射装置结构复杂、体积大、压力低且需要辅助储气装置等缺点,发射过程以二氧化碳吸热汽化为主,流体介质温度低,不产生硫化物等有害气体,是新型的安全可靠绿色环保的发射方式。本文所设计的超临界二氧化碳冲量发射器即是应用液态二氧化碳相变形成的高压超临界流体作为发射介质的装置,其内弹道过程复杂,许多基础和机理性的科学问题尚在探索研究中。本文的主要研究内容如下:（1）超临界二氧化碳物性参数分析及计算模型。应用推导得到的超临界二氧化碳PR方程和BWR方程计算了100-1000kg/m~3,310-350K范围内二氧化碳的压力,将计算数据与NIST仿真数据库对比,选择了超临界二氧化碳BWR方程作为二氧化碳的真实流体状态方程。分析了0-40MPa、250-350K范围内二氧化碳的密度、焓和熵、声速、定压比热和定容比热以及粘度随温度和压力的变化规律。验证了超临界流体与气态的不同特性,在进行计算或试验时需考虑真实流体的特性。（2）根据超临界二氧化碳的物性参数特性,建立了超临界二氧化碳发射冲击特性试验测试平台。进行了三种不同液态二氧化碳质量和不同加热药质量下的相变试验,得到了不同条件下二氧化碳的相变压力和相变时间。（3）利用建立的超临界二氧化碳冲击特性试验平台,设计了25mm超临界二氧化碳冲量发射器。建立了超临界二氧化碳冲量发射器的三维模型,并对影响其使用性能的关键部件进行了理论计算与分析。（4）超临界二氧化碳冲量发射器内弹道建模与发射性能研究。建立了基于真实气体状态方程的内弹道数学模型,得到了超临界二氧化碳冲量发射器内弹道曲线。分析了初始压力、弹丸质量、身管长度和身管口径变化时超临界二氧化碳冲量发射器的发射性能。论文综合理论分析和试验研究的方法,验证了超临界二氧化碳冲量发射器的可行性,为推动超临界二氧化碳发射技术发展提供了技术支持。
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