[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明设计开发了一种提高火药燃烧产物导电特性装置，本发明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。

本发明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。

本发明提供的技术方案为：

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l_ψ，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n_e

式中，E_i为电离种子的电离电位，g_o为原子基态的统计权重，g_i为离子基态的统计权重，m_e为电子质量，n_i为离子密度，n_o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，n_k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。