一种提高火药燃烧产物导电特性装置及其电导率计算方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种提高火药燃烧产物导电特性装置，包括：空气加热室，其设置有连接管路，用于产生高温气体；粉体注入装置，其安装在所述连接管路上，用于将固体火药颗粒送入所述连接管路，并且在所述连接管路内高温气体与所述火药颗粒混合；多个喷枪，其同时连接所述连接管路；电磁铁，其连接所述连接管路，用于将所述固体火药颗粒进行燃烧；绝缘管，其连接所述连接管路，燃烧后的气体经过所述绝缘管进入导电测试装置；其中，所述固体火药颗粒中含有1％～5％的钾盐添加剂。本发明专利技术还公开了一种基提高火药燃烧产物导电特性装置的电导率计算方法。

Device for improving conductive property of gunpowder combustion product and calculation method for its conductivity

The invention discloses a combustion device to improve the conductive properties of products, including gunpowder: air heating chamber, which is provided with a connecting pipe, used for the production of high temperature gas; powder injection device is installed in the connecting pipe, for solid propellant particles into the connection pipe, and connected with high temperature gas pipeline the powder particles in the hybrid; a plurality of connecting pipe and the spray gun is connected with the electromagnet; connecting the connecting pipe, the solid propellant grain burning; insulating tube, connecting the connection pipe, gas after burning through the insulating tube into the conductive test device among them, 1% additives containing potassium; ~ 5% of the solid powder particles. The invention also discloses a method for calculating the electrical conductivity of the device based on the conductive property of the combustion product of gunpowder.

【技术实现步骤摘要】
一种提高火药燃烧产物导电特性装置及其电导率计算方法
本专利技术涉及火药燃烧气体研究领域，具体涉及一种提高火药燃烧产物导电特性装置及其电导率计算方法。
技术介绍
磁流体发电是一种将化学能直接转化为电能的新型发电方式，具有启动快，无转动部件，效率高等优点。随着爆炸磁流体发电机的研究发展，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，装置的发电最大电流达到260kA。俄罗斯开展了RDX/TNT炸药爆轰产物导电性的研究，其最大电导率为2500S/m。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。随着兵器科学技术的发展，利用火药燃烧后高温产物的导电特性，使化学能转化为电磁能，为高功率脉冲发电机或者电磁脉冲武器的实现提供了可能。因此，研究燃烧产物的导电特性，把握影响燃烧产物导电特性的因素和变化规律，对拓宽火药燃烧性能研究领域和提高磁流体发电机的能量转化效率具有重要的理论和应用价值。对于空气而言，其电离电位较高，当温度小于2000K时气体几乎不具有导电性。火药燃气的温度通常只有3000K左右，因此，如何在较低的温度下使气体具有较高电导率是一个难点问题。
技术实现思路
本专利技术设计开发了一种提高火药燃烧产物导电特性装置，本专利技术的目的是解决了测试过程中电磁干扰以及高温气体与粉体充分混合均匀的问题。本专利技术还设计开发了一种提高火药燃烧产物导电特性装置的电导率计算方法，通过计算能够得到电导率与其他参数的关系，准确计算出燃烧产物的电导率。本专利技术提供的技术方案为：一种提高火药燃烧产物导电特性装置，包括：空气加热室，其设置有连接管路，用于产生高温气体；粉体注入装置，其安装在所述连接管路上，用于将固体火药颗粒送入所述连接管路，并且在所述连接管路内高温气体与所述火药颗粒混合；多个喷枪，其同时连接所述连接管路；电磁铁，其连接所述连接管路，用于将所述固体火药颗粒进行燃烧；绝缘管，其连接所述连接管路，燃烧后的气体经过所述绝缘管进入导电测试装置；其中，所述固体火药颗粒中含有1％～5％的碱金属盐添加剂。优选的是，还包括：气控开关阀，其安装在所述空气加热室的出气口处；质量流量计，其安装在所述气控开关阀与安装所述粉体注入装置的连接管路之间；平台，其上通过喷枪支架固定所述喷枪，通过绝缘管支架固定所述绝缘管。优选的是，所述绝缘管为石英玻璃绝缘管；以及所述连接管路为DN10、PN10不锈钢管路。优选的是，所述喷枪设置为3个。优选的是，所述碱金属盐为碳酸钾。一种提高火药燃烧产物导电特性装置的电导率计算方法，包括如下步骤：步骤一、获取弹丸最大横截面积S，火药分裂之前的形状特征量χ、λ和μ，燃速系数u1，次要功系数弹丸的质量m，药室自由容积缩径长lψ，火药力f，装药质量ω；步骤二、建立火药燃烧方程组如下：式中，ψ是火药已燃百分数；Z为火药相对已燃厚度；e1为燃烧层厚度；p是火药燃气平均压力；l是弹丸行程；v是弹丸速度；步骤三、对火药燃烧方程组进行求解，以时间t为自变量，获取p、l、ψ关于t的函数，进而计算燃气温度式中，R是气体常数；步骤四、计算电子密度ne式中，Ei为电离种子的电离电位，go为原子基态的统计权重，gi为离子基态的统计权重，me为电子质量，ni为离子密度，no为电离种子的密度；其中，所述电离种子为碱金属盐，的值为1；其中，式中，nk为电子种子的个数，V0为火药燃烧室容积；步骤五、计算电导率σ优选的是，所述火药用量通过火药力进行控制，所述火药力的控制范围为850～1050KJ/kg。优选的是，所述火药中碱金属盐添加含量的控制范围为1％～5％。优选的是，在所述步骤二中，建立所述火药燃烧方程组时，初始取值为u1＝7.6×10-8m/(s·Pdn)，ω＝0.116kg，f＝0.935KJ/kg，e1＝0.0000528m，m＝0.39kg，S＝0.000738m2，θ＝0.2，λ＝0.1535，μ＝-0.04745，χ＝0.7874。本专利技术与现有技术相比较所具有的有益效果：1、本专利技术构建含钾盐添加剂的火药燃气热电离模型，能够准确计算出基于钾盐添加剂的提高火药燃烧产物导电特性的电导率计算方法，数值模拟了火药燃烧过程的压力、燃温等热力学变化过程，通过与试验膛压曲线进行对比，验证了模型的可靠性；2、分析了不同火药力、燃烧室容积和钾盐含量变化对燃烧产物导电特性的控制影响，通过添加电离种子碳酸钾后能够使火药燃气具有较高的导电性，当碳酸钾含量在5％以内时，燃烧产物的电导率和电子密度随着钾盐含量增加而增加；火药力变化对燃气的导电特性具有较大影响，火药力的增加可以提高燃气温度，相应的增加燃气的电导率；在装药量不变的情况下，药室容积的增大能够使燃气保持较长时间的高温，减缓电子密度的下降趋势。因此，药室容积的扩大在一定程度上有助于提高燃气的导电特性；通过本专利技术所提供的计算方法对提高燃烧产物导电特性提供了理论支持。附图说明图1为本专利技术所述的主视结构示意图。图2为本专利技术所述的俯视结构示意图。图3为本专利技术所述的火药燃气热电离模型实验结果与仿真结果对比图。图4为本专利技术所述的压力随火药力变化图。图5为本专利技术所述的温度随火药力变化图。图6为本专利技术所述的电子密度随火药力变化图。图7为本专利技术所述的电导率随火药力变化图。图8为本专利技术所述的温度随药室容积变化图。图9为本专利技术所述的电子密度随药室容积变化图。图10为本专利技术所述的电子密度随钾含量变化图。图11为本专利技术所述的电导率随钾含量变化图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在本专利技术中，温气体由空气加热器产生，并与固体颗粒混合后形成气固两相流进入测试身管段，采用低温等离子体喷枪在管路中注入等离子体，通过电磁铁在测试身管外施加磁场，研究火药爆炸后的燃烧气体在磁场作用下的导电特性。如图1、图2所示，本专利技术设计开发了一种提高火药燃烧产物导电特性装置，其主体结构包括空气加热室110、粉体注入装置120、多个喷枪130、电磁铁140以及绝缘管150；其中，空气加热室110设置有连接管路，用于产生高温气体，粉体注入装置120安装在连接管路上，用于将固体火药颗粒送入连接管路，并且在连接管路内高温气体与火药颗粒混合，多个喷枪130同时连接在连接管路上，电磁铁140连接在连接管路上，用于将固体火药颗粒进行燃烧，绝缘管150连接在连接管路上，燃烧后的气体经过绝缘管150进入导电测试装置；其中，固体火药颗粒中含有1％～5％的钾盐添加剂。在另一种实施例中，还包括：气控开关阀，其安装在所述空气加热室的出气口处；质量流量计，其安装在所述气控开关阀与安装所述粉体注入装置的连接管路之间。在另一种实施例中，还包括：试验平台210，在平台210上通过多个喷枪支架131固定喷枪130，通过绝缘管支架151固定绝缘管150；同时，在本实施例中，试验平台210用于固定燃气发生器和试验段，根据试验系统的特点，试验设备采用钢制刚性台架，根据发生器和试验段的固定要求进行非标设计，试验平台210与地面的固定方式为M20地脚螺栓或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高火药燃烧产物导电特性装置，其特征在于，包括：空气加热室，其设置有连接管路，用于产生高温气体；粉体注入装置，其安装在所述连接管路上，用于将固体火药颗粒送入所述连接管路，并且在所述连接管路内高温气体与所述火药颗粒混合；多个喷枪，其同时连接所述连接管路；电磁铁，其连接所述连接管路，用于将所述固体火药颗粒进行燃烧；绝缘管，其连接所述连接管路，燃烧后的气体经过所述绝缘管进入导电测试装置；其中，所述固体火药颗粒中含有1％～5％的碱金属盐添加剂。

【技术特征摘要】
1.一种提高火药燃烧产物导电特性装置，其特征在于，包括：空气加热室，其设置有连接管路，用于产生高温气体；粉体注入装置，其安装在所述连接管路上，用于将固体火药颗粒送入所述连接管路，并且在所述连接管路内高温气体与所述火药颗粒混合；多个喷枪，其同时连接所述连接管路；电磁铁，其连接所述连接管路，用于将所述固体火药颗粒进行燃烧；绝缘管，其连接所述连接管路，燃烧后的气体经过所述绝缘管进入导电测试装置；其中，所述固体火药颗粒中含有1％～5％的碱金属盐添加剂。2.如权利要求1所述的提高火药燃烧产物导电特性装置，其特征在于，还包括：气控开关阀，其安装在所述空气加热室的出气口处；质量流量计，其安装在所述气控开关阀与安装所述粉体注入装置的连接管路之间；平台，其上通过喷枪支架固定所述喷枪，通过绝缘管支架固定所述绝缘管。3.如权利要求1或2所述的提高火药燃烧产物导电特性装置，其特征在于，所述绝缘管为石英玻璃绝缘管；以及所述连接管路为DN10、PN10不锈钢管路。4.如权利要求3所述的提高火药燃烧产物导电特性装置，其特征在于，所述喷枪设置为3个。5.如权利要求4所述的提高火药燃烧产物导电特性装置，其特征在于，所述碱金属盐为碳酸钾。6.一种提高火药燃烧产物导电特性装置的电导率计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、获取弹丸最大横截面积S，火药分裂之前的形状特征量χ、λ和μ，燃速系数u1，次要功系数弹丸的质量m，药室自由容积缩径长lψ，火药力f，装药质量ω；步骤二、建立火药燃烧方程组如下：式中，ψ是火药已燃百分数；Z为火药相对已燃厚度；e1为燃烧...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛保全，李程，冯帅，钟孟春，杨雨迎，白向华，李华，王艳峰，王之千，宋鹏，李晓刚，兰图，李俊，辛学敏，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：发明
国别省市：北京,11