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本文对电热环境下固体发射药的燃烧特性进行了系统地实验研究。 开展了电热环境下多种固体发射药密闭爆发器点火定容燃烧实验,研究表明:等离子体对所有实验发射药的点火和定容燃烧均有改善,各种发射药对等离子体的响应和敏感程度有所不同。在单基、双基和三基三种发射药中,三基发射药等离子体点火增强效果最明显。固体发射药表面的石墨涂覆层基本不影响等离子体点火效果;等离子体点火对包覆药点火性能有大幅度的提升;等离子体点火对低易损性发射药(LOVA)的点火性能提升效果最显著。提出了点火燃烧实验参数一致性因子,实验研究表明,脉冲电功率对压力梯度具有精确的对应关系,可以通过调节放电波形来精确调控压力的上升过程。常规和等离子体点火膛压数据的一致性均优于时间数据的一致性,且等离子体点火具有更优异的一致性,尤其在点火延迟时间上,具有明显的一致性优势。提出了考虑燃气压力梯度影响和电功率调控下的固体发射药瞬态燃速模型,并对燃气压力进行了模拟和对比分析。研究表明瞬态燃速公式同时适用于常规点火和等离子体点火两种情况。同时由于瞬态燃速公式通过压力梯度项考虑了放电结束后的燃速增强效应,模拟的压力曲线与实验测到的压力曲线吻合度更好。 利用X射线能量色谱仪和扫描电子显微镜对点火前后固体发射药表层进行分析。研究认为,高能量密度的等离子体射流到达固体发射药表面时,首先发生快速的局部物理化学反应,使其表层产生许多孔洞及气泡,改变了常规点火方式中固体发射药表面先通过能量积累而发生熔化的传热点火模式。同时等离子体射流携带大量金属粒子沉积在发射药表层,增加了发射药表层向内部的热传导,提高了固体发射药化学反应速率。等离子体射流的冲击作用使得固体发射药表层向内部产生了缝隙和沟槽,增加后续等离子体和火药燃气流动的通道,相应增大了燃烧面积和传火通道截面,缩短了发射药整体燃烧时间。 点火延迟时间、最大膛压和初速是衡量发射实验性能的三个重要的参数,通过实验研究发现等离子体的注入对这三个参数提高均有积极的影响。在实际发射实验中,电热化学发射的点火延迟较常规发射缩短了约57.5%,证明了等离子体点火具有改善膛内早期压力的实际意义。采用一致性因子讨论了实验中输入电流峰值、电压峰值、功率和电能的一致性,分析了发射实验主要内弹道参数一致性。将压力曲线势平衡点看作近似燃烧结束点,对比研究了电热化学发射与常规发射势平衡点的特性。结果表明电热化学发射的膛内近似相对燃烧结束位置的特征量比常规发射小约9.0%,近似燃烧结束点之前电热化学发射的膛内燃烧更理想,势平衡点更接近于膛内的真实燃烧结束点。膛内实际燃烧规律对比研究表明,电热化学发射膛内燃烧初期的燃气生成猛度远大于常规发射,整个发射过程平均燃气生成猛度大于常规发射。表明在膛内燃烧初期,固体发射药就具有更均匀一致的点火,且具有较高的燃速和燃烧一致性。 基于定容燃烧和实际发射实验规律,对实际火炮发射过程进行内弹道模拟与对比。在考虑电功率增强调控和压力梯度修正后的瞬态燃速公式基础上,建立能够用于描述电热化学发射的瞬态燃速一维内弹道计算模型。计算结果表明,瞬态燃速一维内弹道计算模型能够较好的模拟实际电热化学发射的内弹道过程。