[发明专利]磁控等离子体鞘层特性研究方法

说明书

本发明公开了磁控等离子体鞘层特性研究方法，属于磁约束等离子体鞘层领域，包括以下步骤：S1：产生等离子体，温度高达3000～4000k；S2：电磁线圈电流的加载；S3：产生感应电场，外加磁场产生激励电场，电场对粒子的加速效应可使高温燃气中初始的电子形成雪崩电离效应；S4:形成磁约束等离子体鞘层；S5：磁约束等离子体鞘层的隔热效应；S6：磁约束等离子体鞘层抑制动力学热流密度。该磁控等离子体鞘层特性研究方法，施加平行磁场后带电粒子的运动将变成绕磁力线的回旋运动，降低了等离子体横越磁场传递的热流密度，由于燃气传递的热流密度下降，内壁面的温升也随之下降，从而提高身管抗热烧蚀的能力，提高使用寿命。

技术领域

本发明涉及磁约束等离子体鞘层领域，具体为磁控等离子体鞘层特性研究方法。

背景技术

等离子体是由在高温或者特定激励下部分原子或分子被激发产生的正负离子组成的离子化气体状物质，是除去固态、液态、气态外，物质存在的第四种状态，在火炮发射时，火药气体会发生电离形成等离子体，项目组在常规火炮身管外壁施加一个平行于身管轴向的磁场，使得等离子体中的电子、带电离子被约束在身管内壁，从而形成一个非电中性区域，这个区域就是磁约束等离子体鞘层，磁约束等离子体鞘层的形成取决于等离子体的产生和磁场的瞬态作用。

身管发射时，其内部的燃气在热膨胀过程中，气体沿着身管的定向流动速度大于声速，其马赫数约为M＝1.2，超过声速，燃气在热膨胀过程中，由于激波的产生使得部分气体膨胀动能成气体加热的热能，使得激波截面处的燃气密度增加、温度升高，造成燃气的能量向身管壁传递，这种激波由于其高密度、高温的特点在管壁中前部向身管传递更多的热量及更高的高压，易造成管壁中前部烧蚀。

发明内容

本发明的目的在于提供磁控等离子体鞘层特性研究方法，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：磁控等离子体鞘层特性研究方法，包括以下步骤：

S1：产生等离子体，身管发射时其内部径向膛压高达400MPa，温度高达3000～4000k；

S2：电磁线圈电流的加载；

S3：产生感应电场，外加磁场产生激励电场，电场对粒子的加速效应可使高温燃气中初始的电子形成雪崩电离效应；

S4:形成磁约束等离子体鞘层；

S5：磁约束等离子体鞘层的隔热效应；

S6：磁约束等离子体鞘层抑制动力学热流密度。

优选的，在S1中，身管面对高温高压气体的身管壁材料其抗压性是抵抗其一半的膛压200MPa，另外的200MPa膛压是通过材料磁场分散到身管外层材料上。

优选的，在S2中，电磁线圈的加载采用陡峭脉冲前沿的加电方式，让电磁线圈上的电流形成陡峭的上升前沿，在10ns的时间里从零上升到1000A，导致线圈产生的磁场从零在10ns的时间里上升到0.2T。

优选的，在S3中，电磁线圈经过10ns的感应角向电场的加速，使得身管内燃烧气体出现2％的电离，电离产生的等离子体电子密度约为身管燃气密度的2％，电子平均温度约为10eV，电子在平均磁场0.1T中的回旋半径约为17μm，而离子的回旋半径约为2mm。

优选的，在S4中，等离子体鞘层随时间快速变化的磁场在身管内产生角向感应电场，角向感应电场加速初始电子达到20eV的动能并与中性燃气分子碰撞产生雪崩电离。

优选的，在S5中，在身管材料的导热性能不变的情况下，被发射身管发射药燃气的高温高压性能不变，由于磁约束等离子体鞘层的应用，使得燃气向身管内壁传递的热流密度降低33％，身管内壁炮钢材料的温度约降低约30％。