CN104180721B - 一种底部多层等离子体点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种底部多层等离子体点火装置，属于火炸药点火领域。本发明可以有效提高等离子体射流的喷射面积，控制喷射压力，提高等离子体的生成量，实现发射药起始燃烧的点火一致性；本发明提供的模块化等离子体点火装置，圆柱状发生器模块可以安装到弹药底部，提高试验效率，实现等离子体点火的工程化。

Description

一种底部多层等离子体点火装置

技术领域

本发明属于火炸药点火领域，主要涉及一种在高功率脉冲电源作用下产生等离子体的装置，尤其涉及一种用于发射药点火的底部多层等离子体点火装置。

背景技术

电热化学炮作为一种新概念身管武器，在改善发射装药内弹道性能方面有着诸多优点，国内外有关研究机构纷纷开展了相关的研究工作。电热化学炮采用的点火方式是等离子体点火，其主要发射能源仍是常规发射药，因此如何使得发射药在等离子体作用下瞬时全面点燃显得尤为重要。现有的等离子体点火装置通常为中心式等离子体发生器，等离子体发生器由正极和负极组成，正极位于发生器中心，外层包覆有绝缘套管，镀银铜丝一端连到正极且从绝缘套管中穿过，镀银铜丝另一端与负极连接，使用时，通过高功率脉冲电源在电极两端加载高电压进行放电，使得镀银铜丝熔融并对绝缘套管烧蚀，从而产生等离子体。然而，现有等离子体点火装置存在如下问题：(1)等离子体只在中心绝缘管部分产生，生成面积小，对发射药的起始点火面积小，不利于发射药的快速点燃；在较高电压和电流下，等离子体能量得到提高，生成的等离子体增多，使得在发生器中心喷口处的等离子体射流速度变高，这种冲击可能导致靠近等离子体端的发射药破碎，使得发射药的起始燃烧不稳定；(2)中心式等离子体发生器的绝缘管、点火丝、正负极等为一完整的组合体，绝缘管和点火丝使用完毕后，必须将所有的部件全部拆开，才能更换，费时较多，不能够实现等离子体点火器的快速循环利用。

目前检索的技术资料中，尚未见具有能够通过深度烧蚀产生大面积等离子体的发生器及模块化组合的等离子体点火装置的公开报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有等离子体点火装置存在的不足，提供一种通过深度烧蚀能够产生大面积等离子体的发生器及具有模块化组合功能的等离子体点火装置。

为解决上述技术问题，本发明包括外置点火电极杆1、绝缘密封套外端2、绝缘套压紧螺堵3、螺堵本体4、电极压紧块6、绝缘密封套内端7、密封垫圈8、圆柱多层等离子体发生器9、螺帽10、点火正极针11、点火负极针12、负极接线螺栓13。

外置点火电极杆(1)为钢制圆柱体，一端为缩颈外螺纹，与点火电极采用螺栓紧固的方式进行连接，另一端的外螺纹与电极压紧块连接；绝缘密封套外端为酚醛树脂胶木棒材质，圆柱形内孔一端与外置点火电极杆紧密配合，一端与电极压紧块紧密配合。

绝缘套压紧螺堵(3)为钢制材料，中空部分与绝缘密封套外端紧密配合并压实，外面部分的外螺纹与螺堵本体连接。

点火负极针(12)一端紧固于螺堵本体上，一端与圆柱多层等离子体发生器的点火电极孔连接；电极压紧块为一钢制圆柱体，一端连接外置点火电极杆，另一端连接点火正极针，外面分别套有绝缘密封套外端和绝缘密封套内端，绝缘密封套外端和绝缘密封套内端对好后，留有5mm的楔形空隙，圆柱多层等离子体发生器由最外层圆筒、内层圆筒、最内层圆筒组成；圆柱多层等离子体发生器的电极孔与电极针对好后插紧，螺帽将圆柱多层等离子体发生器紧固到螺堵本体上，组成底部多层等离子体点火装置。

根据本发明，所述底部多层等离子体点火装置位于密闭本体左端，绝缘降热套位于密闭本体内部与密闭本体紧配合，发射药位于绝缘降热套中，密封螺堵位于密闭本体右端，压力传感器位于密闭本体测压孔上并与数据采集仪连接，底部多层等离子体点火装置正极与高功率脉冲电源正极连接，高功率脉冲电源负极与密闭本体连接。

本发明的有益效果主要体现在以下几个方面。

(一)本发明采用具有多层结构的圆柱状发生器，圆柱由多个直径不同的圆筒组成，圆筒之间有一定距离的缝隙，通过对圆筒底部凸台大小的调整可以控制圆筒之间的缝隙，圆筒外壁上开有一定深度宽度的蛇形槽，点火丝缠绕于蛇形槽中，每个圆筒底部采用涂胶连接，在不同圆筒上的点火丝依次连接，点火丝一端连接圆筒中心的电源正极，点火丝的另一端连接电源的负极，等离子体正负极通电后，产生的等离子体将沿着蛇形凹槽对相邻两个圆筒的内外壁进行烧蚀，从而产生大量的等离子体，通过圆筒的缝隙喷出，可以使使点火面积变大，增加发射药的起始燃烧面积，并能够降低等离子体射流对发射药的冲击作用，通过对圆筒缝隙的大小、数量、深度的调整，如增大圆筒缝隙尺寸可以降低喷射压力，增加圆筒缝隙数量可以增大喷射面积，增大圆筒缝隙深度可以获得更多的等离子体，能够在不同点火电压和电流的情况下获得较好的等离子体射流分布，从而较好的点燃发射药。与现有技术相比，本发明可以有效提高等离子体射流的喷射面积，控制喷射压力，提高等离子体的生成量，实现发射药起始燃烧的点火一致性。此外，由于通过调整圆筒缝隙的大小、数量、深度，实现在不同点火电压和电流下均能够获得较好的等离子体射流分布，因而本发明具有较强的试验适应性，应用前景好。

(二)本发明将等离子体点火装置的正负极部分和发生器部分进行了模块化设计，圆柱状发生器直接插到等离子体点火装置的正负极部分即可，每次试验只需更换圆柱状发生器，等离子体点火装置的正负极部分不需要拆装，圆柱状发生器可以安装到弹药底部，能够很方便应用于火炮中。与现有技术相比，本发明提供的模块化等离子体点火装置，圆柱状发生器模块可以安装到弹药底部，提高试验效率，实现等离子体点火的工程化。

附图说明

图1是圆柱状等离子体点火装置的结构示意图。

图2是图1中等离子体发生器最外层圆筒结构示意图。

图3是图1中等离子体发生器内层圆筒结构示意图。

图4是图1中等离子体发生器最内层圆筒结构示意图。

图5是圆柱状等离子体点火装置的密闭爆发器实施例示意图。

图6是圆柱状等离子体点火装置的火炮实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明底部多层等离子体点火装置的优选实施例包括外置点火电极杆1、绝缘密封套外端2、绝缘套压紧螺堵3、螺堵本体4、电极压紧块6、绝缘密封套内端7、密封垫圈8、圆柱多层等离子体发生器9、螺帽10、点火正极针11、点火负极针12、负极接线螺栓13。点火电极杆1为钢制圆柱体，一端为缩颈外螺纹，与点火电极采用螺栓紧固的方式进行连接，另一端的外螺纹与电极压紧块6连接。绝缘套密封外端2为酚醛树脂胶木棒材质，圆柱形内孔一端与外置点火电极杆1紧密配合，一端与电极压紧块6紧密配合。绝缘套压紧螺堵3为钢制材料，中空部分与绝缘密封套外端2紧密配合并压实，外面部分的外螺纹与螺堵本体4连接。点火负极针12一端紧固于螺堵本体上，一端与等离子体发生器的点火电极孔连接。电极压紧块6为一钢制圆柱体，一端连接外置点火电极杆1，另一端连接点火正极针11，外面分别套有绝缘密封套外端2和绝缘密封套内端7，绝缘套对好后，留有5mm的楔形空隙。圆柱多层等离子体发生器9的电极孔与电极针对好后插紧，螺帽10将圆柱多层等离子体发生器9紧固到螺堵本体4上，组成一底部多层等离子体点火装置。

根据图2所示，圆柱多层等离子体发生器9由多层圆筒组合而成，最外层圆筒9-1为酚醛树脂材质，圆筒壁厚2mm，外径40mm，底部开有直径30mm的通孔9-2，底缘厚度3mm，宽度3mm。

根据图3所示，内层圆筒9-3为酚醛树脂材质，圆筒壁厚3mm，外径30mm，底部开有直径20mm的通孔，底缘厚度3mm，宽度2mm，圆筒外表刻有宽度1mm，深度1mm的蛇形槽9-4，内层圆筒外形相似，尺寸不同。

根据图4知，最内层圆筒9-5为酚醛树脂材质，圆筒壁厚3mm，外径10mm，开有直径6mm的通孔，圆筒外表刻有宽度1mm，深度1mm的蛇形槽9-6。

圆柱多层等离子体发生器9由最外层圆筒、内层圆筒、最内层圆筒组成。通过调整层与层之间缝隙的大小、缝隙的深度、缝隙的数量，从而使不同点火能量下均能产生较好的等离子体射流，如电压电流较大，可增大缝隙的距离，减少缝隙的深度，从而保证喷射压力合适；如电压电流较小，可减小缝隙的距离，增加缝隙的深度，从而保证喷射压力合适。

将镀银铜丝置于每个圆筒的蛇形槽中，将镀银铜丝依次连接起来，形成一条金属丝，采用胶粘的形式按次序将圆筒底部进行粘合，组成离子体发生器模块。

根据图5所示，本发明应用时，将等离子体点火装置正负极模块，等离子体发生器模块和等离子体点火装置正负极模块接插到一起并用螺帽拧紧，组成底部多层等离子体点火装置，将底部多层等离子体点火装置紧固于密闭爆发器本体左端，密闭爆发器腔体19中装有发射药18，右端紧固有一螺堵，压力传感器位于本体的传感器孔17中，通过信号线与数据采集仪21相连，高功率脉冲电源22的正极通过高压导线连接到底部多层等离子体点火装置正极上，高功率脉冲电源22的负极通过高压电线连接到底部多层等离子体点火装置的负极上。当整套系统连接完毕，启动高功率脉冲电源后，电流通过高压导线到达等离子体发生器正极的镀银铜丝端，通过镀银铜丝与负极产生回路，从而产生等离子体，等离子体在圆筒缝隙中烧蚀，生成大量等离子体混合物，并不断通过环隙喷射出，因此，等离子体射流的喷射面积较大，在起始阶段能够快速点燃发射药。

根据图6所示，本发明应用时，将等离子体点火装置正负极模块组装好，将等离子体发生器模块和等离子体点火装置正负极模块接插到一起并用螺帽拧紧，组成底部多层等离子体点火装置，将底部多层等离子体点火装置紧固于火炮26左端，火炮药室29中装有发射药，弹丸30位于药室坡膛处，压力传感器位于火炮的传感器孔28中，通过信号线与数据采集仪相连，高功率脉冲电源的正极通过高压导线连接到底部多层等离子体点火装置正极上，高功率脉冲电源的负极通过高压电线连接到底部多层等离子体点火装置的负极上。当整套系统连接完毕，启动高功率脉冲电源后，电流通过高压导线到达等离子体发生器正极的镀银铜丝端，通过镀银铜丝与负极产生回路，从而产生等离子体，等离子体在圆筒缝隙中烧蚀，生成大量等离子体混合物，并不断通过环隙喷射出，因此，等离子体射流的喷射面积较大，在起始阶段能够快速点燃发射药，发射药燃烧推动弹丸30运动出炮口。本发明中，通过调整等离子体发生器圆筒层与层之间缝隙的大小、缝隙的深度、缝隙的数量，使得等离子体射流与发射药作用在合适的条件下，能够防止发射药的碎裂和膛内压力波的产生。

Claims (1)

1.一种底部多层等离子体点火装置，包括外置点火电极杆(1)、绝缘密封套外端(2)、绝缘套压紧螺堵(3)、螺堵本体(4)、电极压紧块(6)、绝缘密封套内端(7)、密封垫圈(8)、圆柱多层等离子体发生器(9)、螺帽(10)、点火正极针(11)、点火负极针(12)、负极接线螺栓(13)，其特征在于，外置点火电极杆(1)为钢制圆柱体，一端为缩颈外螺纹，与点火电极采用螺栓紧固的方式进行连接，另一端的外螺纹与电极压紧块连接；绝缘密封套外端为酚醛树脂胶木棒材质，圆柱形内孔一端与外置点火电极杆紧密配合，一端与电极压紧块紧密配合，绝缘套压紧螺堵(3)为钢制材料，中空部分与绝缘密封套外端紧密配合并压实，外面部分的外螺纹与螺堵本体连接；点火负极针(12)一端紧固于螺堵本体上，一端与圆柱多层等离子体发生器的点火电极孔连接；电极压紧块为一钢制圆柱体，一端连接外置点火电极杆，另一端连接点火正极针，外面分别套有绝缘密封套外端和绝缘密封套内端，绝缘密封套外端和绝缘密封套内端对好后，留有5mm的楔形空隙，圆柱多层等离子体发生器由最外层圆筒、内层圆筒、最内层圆筒组成；圆柱多层等离子体发生器的电极孔与电极针对好后插紧，螺帽将圆柱多层等离子体发生器紧固到螺堵本体上，组成底部多层等离子体点火装置；所述底部多层等离子体点火装置位于密闭本体左端，绝缘降热套位于密闭本体内部与密闭本体紧配合，发射药位于绝缘降热套中，密封螺堵位于密闭本体右端，压力传感器位于密闭本体测压孔上并与数据采集仪连接，底部多层等离子体点火装置正极与高功率脉冲电源正极连接，高功率脉冲电源负极与密闭本体连接。