[发明专利]一种利用磁控等离子体减少武器身管内烧蚀问题的方法

说明书

技术领域

本发明涉及武器技术领域。更具体地说，本发明涉及一种利用磁控等离子体减少武器身管内烧蚀问题的方法。

背景技术

随着磁流体发电技术的研究发展，国内外相关学者发现高能炸药在燃烧室内爆轰能够形成高温、高压等离子体，燃气具有良好的导电性。美国MHD公司在二十世纪六十年代研制了磁流体发电装置：在C4型复合药柱上加入电离种子，当外加磁场大小为2.8T时，装置内形成电离气体的发电最大电流达到260kA。北京理工大学实验测得TNT在密度为1.520g/cm3时燃气的最大电导率为18000S/m。中科院电工研究所以火药燃烧驱动产生高温等离子体作为发电工质，将火药化学能转化为大功率电磁能。由此可知，火药燃烧时，燃气在高温环境下会发生电离形成等离子体。

身管是火炮中最重要的零部件，高温火药燃气对武器身管产生的烧蚀问题已经成为降低其使用寿命的重要因素。火炮发射时，火药气体温度很高及弹丸导引部对身管的反复作用，使身管温度迅速升高，造成身管的烧蚀磨损，严重影响火炮的寿命，并且造成在实战中火炮不能连续长时间发射，从而影响战局。火炮发射产生的高压气体会对身管施加一个较大的径向力，对身管强度造成严重影响，这就需要身管采用高强度的材料并具有相对较厚的壁厚，这对火炮的经济性和机动性带来不利影响。

目前普遍采用的提高身管寿命方法包括使用缓蚀剂、对身管内膛进行表面处理、使用复合材料等。缓蚀剂在高温高压下分解，分解产物与火药燃气发生化学反应，反应物沉积于内膛表面，形成一层保护膜，阻碍火药在高温燃气中的碳、氢等元素向膛面扩渗和火药燃气对内膛表面的直接化学作用，起到保护身管的作用。对身管内膛进行表面处理为在内膛表面制备耐磨、耐烧蚀的涂层，和使用缓蚀剂具有相似的效果。使用这两种方式虽然都能起到一定延长身管寿命的作用，但将缓蚀剂或涂层附着到内表面的工艺复杂，并且缓蚀剂或涂层也会被不断磨损。复合材料身管由于其具有较高的比强度、比刚度，适合在大威力火炮中使用，并能减轻身管重量，增强机动性。但复合材料身管制造工艺复杂，生产周期长、成本高，不易推广使用。

发明内容

本发明目的是提供一种利用磁控等离子体减少武器身管内烧蚀问题的方法，在磁场的作用下身管内形成磁约束等离子体，磁控等离子体降低身管内高温气体向壁面传热，延长武器使用寿命。

本发明目的是提供一种外加磁场作用下身管内磁控等离子体的湍流动能的计算方法，能够得到身管内壁温度，得出磁场对烧蚀问题的影响。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种利用磁控等离子体减少武器身管内烧蚀问题的方法，包括：身管外设置磁场，所述磁场方向垂直于所述身管轴线，所述磁场沿身管径向的磁场强度一致，火药燃烧形成的高温导电气体在磁场的作用下，在身管内形成磁约束等离子体，减小磁约束等离子体的湍流动能。

优选的是，所述磁场强度为0～2T，磁约束等离子体的电导率为5000～10000S/m。

本发明的目的还可通过一种外加磁场作用下身管内湍流动能的计算方法来实现，所述身管外设置磁场，所述磁场方向垂直于所述身管轴线；

高温导电气体进入身管，在磁场作用下形成磁约束等离子体，用传感器测量磁约束等离子体的热导率、湍动粘度、粘性系数和电导率，磁约束等离子体的湍流动能为：

其中，ρ为磁约束等离子体热导率，k为湍流动能；U为流速；μ为粘性系数；μ_t为湍动粘度，σ_k是基于湍流动能k的湍流普朗特系数，G_k为由速度梯度引起的湍流动能，ε为湍流能量耗散率，为反应电磁作用的湍动能。

优选的是，所述反应电磁作用的湍动能为：

其中，C₁为常数，σ为电导率，B为磁感应强度。

优选的是，所述湍流能量耗散率ε为：

其中，σ_s为基于ε的湍流普朗特系数；C₂和C₃为常数；为反应电磁作用的湍流能量耗散项。

优选的是，所述反应电磁作用的湍流能量耗散项为：

其中，C₄为常数。