[发明专利]评价固体含能材料在等离子体射流作用下烧蚀特性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及评估等离子体射流与含能材料作用特性的方法，具体涉及一种评估电热化学炮中等离子体射流与含能材料作用特性的方法。

背景技术

等离子体射流作为常用的对固体含能材料进行点火与助燃的手段，具有十分广泛的应用。例如当含能材料为发射药时，等离子体射流可用于电热化学炮中的等离子体点火源，而当含能材料为推进剂时，等离子体射流可用于航天器推进装置的点火与辅助燃烧手段。

等离子体射流与固体含能材料的作用过程通常可分为起燃前阶段、起燃阶段与稳定燃烧阶段。其中在起燃前阶段，固体含能材料主要受到等离子体射流的烧蚀作用的影响，这一过程决定了起燃阶段的初始条件，影响着含能材料点火的许多重要参数，包括固体含能材料表面温度以及周围环境中气相含能材料的含量，因此对等离子体射流与固体含能材料的综合作用效果具有十分重要的影响。然而目前还没有一种有效的评价固体含能材料在等离子体射流作用下烧蚀特性的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种评价固体含能材料在等离子体射流作用下烧蚀特性的方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

1）首先通过实验获得等离子体射流与含能材料的作用时间、含能材料表面处等离子体射流的压强与温度以及含能材料的烧蚀质量；

2）经过步骤1）后，通过联立求解含能材料内部的热传导方程与等离子体射流对含能材料的烧蚀模型计算给定能量流条件下含能材料在等离子体射流作用下的表面温度、烧蚀率以及烧蚀质量；

3）调整给定的能量流条件，直到计算得到的烧蚀质量与实验获得的烧蚀质量一致，由此确定等离子体射流的实际能量流；

4）采用实际能量流作为输入条件，按照步骤2）所述的方法，计算给定能量流条件为实际能量流时，含能材料的表面温度以及烧蚀率，实现对等离子体射流与含能材料作用特性的评估。

所述步骤2）中，为了真实反映含能材料表面的温度，需要在计算中考虑含能材料表面在等离子体射流烧蚀作用下被不断侵入的过程，以表征侵入过程对表面温度与烧蚀率结果的影响。具体方法为：

为了对方程进行求解，将含能材料离散为N层，并用表示第j个时间步长内计算域中第i层含能材料所在位置的温度值，而代表着第j个时间步长的表面温度。在开始计算第j个时间步长时，需要利用公式（8），根据当前的烧蚀质量m^j与此前已被烧蚀掉的含能材料层数，来估算出该时间步长中新被烧蚀掉的含能材料层数n^j。由于前n^j层的含能材料已被烧蚀，则上一时间步长中的第n^j层含能材料便成为当前时间步长中含能材料的表面层（第0层），相应地上一时间步长中第n^j层的温度值也就成为了第j个时间步长中新的表面温度在公式（8）中“integer()”表示对括号内的数值仅保留整数部分（因含能材料的层数只能取整数），公式（8）如下所示，其中m_l为单层含能材料的质量：

nj=integer(mj-Σj′=1j-1mj′mlml)---(8)]]>

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