4 脉冲电源与等离子体负载的匹配性探究 15

4.1 优化指标 15

4.2 数值模拟结果与分析 16

5 总结与展望 25

5.1 结论 25

5.2 展望 25

致谢 26

参考文献 27

附录1 29

附录2 29

附录3 29

附录4 30

1 引言

1.1 课题背景及意义

    由于未来战争的发展趋势是以高技术为主的局部战争，而火炮仍然是常规地面作战的主要武器，因而未来战争对火炮的各项性能也提出了更高的要求，各种新概念武器应运而生。电热化学发射技术便是这其中最有可能率先取得成功应用并投入武器化生产的新一代超高速发射技术[1]。

    电热化学炮的发射过程大致可分为3个基本阶段[2]：

（1）PFN网络放电：提供一个电流强度高达几万乃至几十万安培的强电流脉冲，并且电流波形可根据实际需要调节；

（2）等离子体发生器喷管：起爆丝在强电流脉冲的作用下发生电爆炸，产生金属等离子体，然后以辐射的形式使得毛细管壁面材料消融，产生混合等离子体，在喷口处形成压力梯度，从而使等离子体以一定速度喷入火药床，起到等离子体点火的作用；

（3）内弹道过程：等离子体射流与发射药相互作用，快速生成大量高温高压气体，推动弹丸运动。

图 1.1 电热化学炮结构示意图

    等离子体发生器作为电热能量转换的中间环节，具有十分重要的意义。等离子体负载与脉冲成形网络的匹配程度直接关系到整个系统的电能转换效率[3]。因此，研究等离子体负载与脉冲成形网络的匹配性对于更好的发挥电热化学炮的潜力具有相当重要的意义。

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

    本文主要基于脉冲成形网络电路模型、金属电爆炸的放电电阻模型、等离子体射流的流动模型以及等离子体的电导率模型构建了整个系统模型。在此基础上，通过数值模拟，分析各个初始参数变化对脉冲成形网络和等离子体负载匹配程度和各项优化指标的不同影响。