[发明专利]一种发射药产生等离子体规律模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种发射药产生等离子体规律模型的构建方法，属于等离子体领域，包括以下步骤：S1：内弹道假设，高压状态下，通过撞针撞击膛底，点燃底火，通过底火引燃主装药，主装药燃烧生成高温高压的燃气，通过燃气做工，推动弹丸运动，最终把弹丸发射出去，此过程可用经典内弹道过程进行模拟，S2：定容状态分析，S3：燃烧过程假设，S4：构建等离子体规律模型，S5：模型验证。本发明的构建方法更加的科学合理，通过对发射药燃烧的物理过程进行了分析，并结合内弹道理论、燃烧学理论、等离子体理论等，最终建立高压状态下发射药产生等离子体规律数学模型，将数值模拟的结果与试验结果进行对比，确定模型的正确性与可行性。

技术领域

本发明涉及等离子体领域，具体为一种发射药产生等离子体规律模型的构建方法。

背景技术

高压状态下等离子体生成规律的研究是一个全新的领域，实验室通常用放电的方式生成等离子体，而高压状态下生成的等离子体是燃烧等离子体，其生成的机制是热电离，和普通的放电等离子体并不相同。研究高压状态下等离子体生成规律，温度是一个重要的因素，传统内弹道的研究，往往只关注膛内燃气压力的变化以及弹丸运动速度的变化，缺少对膛内燃气温度的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发射药产生等离子体规律模型的构建方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种发射药产生等离子体规律模型的构建方法，包括以下步骤：

S1：内弹道假设，高压状态下，通过撞针撞击膛底，点燃底火，通过底火引燃主装药，主装药燃烧生成高温高压的燃气，通过燃气做工，推动弹丸运动，最终把弹丸发射出去，此过程可用经典内弹道过程进行模拟；

S2：定容状态分析；

S3：燃烧过程假设；

S4：构建等离子体规律模型；

S5：模型验证。

优选的，在S1中，经典内弹道学是以热力学为理论依据，研究高压状态下各个火炮内弹道参数平均值的理论，经典内弹道学的数学模型是一阶常微分方程，由火药形状函数方程、能量方程、火药燃速方程、弹丸运动速度方程和弹丸速度与行程方程五个方程组成的方程组。

优选的，在S2中，在容积一定的情况下，由于体积没有变化，燃气不会因为推动弹丸做功而损失能量，并且忽略少量的热散失的话，火药燃气的温度即火药的爆温，对于某种特定的火药来说，它的爆温是一定的，这和火药的性质有关，是一个常量。

优选的，在S3中，为了增加燃烧产物的热电离，在发射药里添加少量的碳酸钾。

优选的，在S4中，高压状态下生成等离子体密度方程组由三部分组成：内弹道方程组、燃气温度方程和电子密度方程，仿真过程分为三步，首先根据内弹道方程计算出燃气压力、弹丸行程等与火药燃烧质量的关系，然后根据内弹道的计算结果，通过燃气温度方程计算出火药燃气的温度，最后再根据电子密度方程计算等离子体中电子密度。

优选的，在S5中，编写仿真程序，弹道诸元及装药条件，并根据所获得的仿真结果与内弹道试验数据进行对比，验证数学模型。

优选的，在S5中，利用数学模型进行数值仿真所获得的内弹道仿真数据与试验数据对比。

优选的，由数值仿真获得的数据和试验数据进行对比，在弹丸质量m＝0.39kg，装药量ω＝0.136kg，药室容积V₀＝1.32×10^-4m³的情况下，求得膛压最大值在374MPa，弹丸初速898m/s，与试验结果基本吻合，图像基本相近，验证了所建模型的正确性。