等离子体点火及内弹道过程数值模拟研究

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电热化学炮(ETCG)作为新概念武器,不但能够取代传统火炮用于远程火力支援,也能作为舰载、车载等地面防空、反装甲、反导等近距离防御作战武器,有着广阔的应用前景。电热化学发射技术是利用脉冲成形网络(PFN)放电产生高能等离子体,并在适当的时刻将高温高压的等离子体射流注入到药室与发射药作用,从而增强火炮内弹道性能的一种新概念发射技术。利用等离子体增强发射药点火和燃烧过程的研究一直都是电热化学发射技术的研究重点和难点。本文运用数值模拟的方法对等离子体作用下的点火和内弹道过程进行了计算与分析,主要内容包括以下几部分:(1)对等离子体作用下的电热化学发射内弹道过程进行研究,以及等离子体点火过程和等离子体与发射药的相互作用机理进行了分析。研究结果表明等离子体可以使发射药燃烧初期燃速显著增大,并能大大缩短点火延迟时间,从而改善内弹道性能。(2)在经典内弹道理论的基础上,根据脉冲成形网络的放电特性,建立了等离子体作用下的电热化学发射内弹道计算模型。利用MATLAB软件对57mm高射炮常规发射和电热化学发射分别进行了内弹道计算,计算结果与大量实验事实相符。(3)改变脉冲成形网络充电电压U0和电容C的大小,研究PFN不同充电电压和电容的变化对电热化学炮弹道性能产生的影响,结果表明,随着U0和C的增加,放电功率逐渐增加,产生的等离子体也逐渐增多,增强了发射药的燃烧作用,从而提升了弹道性能。(4)利用CFD软件建立等离子体点火过程仿真模型,通过与常规点火计算结果的对比,对等离子体点火特性进行综合分析。仿真结果表明,和常规点火相比,等离子体点火具有良好的均匀性,并能明显降低点火延迟。
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