CN109890120B - 一种高低压等离子体发生器及密闭爆发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高低压等离子体发生器及密闭爆发器，包括多孔圆筒，多孔圆筒内部轴向设置有开槽毛细管，开槽毛细管内设置有放电金属丝，开槽毛细管和放电金属丝的两端分别与多孔圆筒两端设置的正极堵头和负极堵头连接。本发明解决了在等离子体点燃发射药过程中均匀性、一致性、可控性的问题。

Description

一种高低压等离子体发生器及密闭爆发器

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，具体涉及一种高低压等离子体发生器及密闭爆发器。

背景技术

等离子体由部分电子被剥夺后的原子，原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，其运动主要受电磁力支配，并表现出显著的集体行为。根据应用对象不同，等离子体发生器也不同，电热化学炮中常用毛细管放电等离子体发生器来产生热等离子体，对发射药进行等离子体点火。

毛细管放电等离子体的结构使得等离子体的方向约束性较强，通过烧蚀毛细管也能够产生较多的等离子体态物质，但是在应用到对发射药点火中存在以下问题：

(1)等离子体从底部喷出，不利于发射药的均匀点火燃烧；

(2)喷口压力较难控制，在对发射药的点火过程中无法进行精确调节；

(3)毛细管壁的烧蚀面积较少，对气体的产生无法进行有效调节。

然而，在不同的发射药及装药条件下需要不同的点火条件，要想获得理想的等离子体点火条件，通过现有的技术无法实现。要实现对发射药及装药的均匀可靠点火，必须能够对等离子体的参数进行精确调控，因此，获得能够对等离子体进行多参数调控的发生器显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高低压等离子体发生器及密闭爆发器，可以在高压室中进行电爆炸，生成高压等离子体气体，喷到低压室，进而从低压室的不同位置的多个方向喷射等离子体，能够对喷射压力及等离子体的烧蚀面积进行控制，从而能够对等离子体的多个参数进行精确调控。

本发明采用以下技术方案：

一种高低压等离子体发生器，包括多孔圆筒，多孔圆筒内部轴向设置有开槽毛细管，开槽毛细管内设置有放电金属丝，开槽毛细管和放电金属丝的两端分别与多孔圆筒两端设置的正极堵头和负极堵头连接。

具体的，开槽毛细管为圆柱形结构，开槽毛细管上对称开有两个槽，槽垂直多孔圆筒的内壁设置。

进一步的，槽的长度为70～90mm，外部宽度为1～3mm，内部宽度为2～4mm。

进一步的，开槽毛细管包括三个，均匀设置在多孔圆筒的内部且靠近内壁。

具体的，放电金属丝为直径为0.1～0.5mm的铜丝，位于开槽毛细管的中心。

具体的，沿多孔圆筒的径向设置有多个喷孔，多个喷孔沿多孔圆筒的周向间隔设置。

进一步的，喷孔为Φ1～5mm的通孔。

具体的，正极堵头为凸台形结构，凸起部分连接正极电极杆，底部外螺纹与多孔圆筒连接，凸台底部与放电金属丝连接。

具体的，负极堵头为凸台形结构，凸起部分连接负极引线，底部外螺纹与多孔圆筒连接，凸台底部与放电金属丝连接。

本发明的另一个技术方案是，一种密闭爆发器，包括权利要求1所述的高低压等离子体发生器，高低压等离子体发生器设置在密闭爆发器本体中，密闭爆发器本体与高低压等离子体发生器之间的密闭爆发器内部间隙填充有发射药，密闭爆发器本体的两端分别设置第一螺堵和第二螺堵密封，高低压等离子体发生器的正极堵头连接正极电极杆，密闭爆发器本体连接高功率脉冲电源的负极。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

一种高低压等离子体发生器，采用毛细管开槽的结构方式，通过对槽的长度、数量、角度的控制，能够实现对喷射总面积、喷射压力的控制，实现毛细管的高压室对总体压力的调控。与现有技术相比，能够实现等离子体气体的高压调控及总体喷射压力的调节，能够对发射药及装药进行更有效的点火。

进一步的，采用多根毛细管对称布置的方式，通过对毛细管根数的调节，可以控制高压气体的生成量，采用紧靠多孔圆管壁面的部署方式，一方面使得等离子体气体能够在多孔圆管中心处进行充分混合，另一方面能够使等离子体进一步对多孔圆管壁面进行烧蚀，增大产气量。与现有技术相比，在保证烧蚀材料结构不变的条件下，实现了对等离子体能量释放过程的二次控制，保证了等离子体对材料的烧蚀强度，使得等离子体烧蚀所产生的气体量与发射药装药的需求相匹配。

进一步的，采用多孔圆管内套毛细管的结构，通过对多孔圆管内径、喷孔直径及数量的调整，能够对等离子气体的喷射压力、速度进行调控，实现了对等离子体点火强度的进一步控制。与现有技术相比，通过高压室产气，多孔圆管喷气，能够使等离子气体较均匀的喷出，从而能够适应于不同的发射药及装药对点火的需求。

本发明还公开了一种密闭爆发器，将高低压等离子体发生器设置在密闭爆发器本体内，高低压等离子体发生器通过正极堵柱固定在密闭爆发器上，保证两者的可靠连接，正极堵柱和密闭爆发器本体之间的绝缘介质有效隔离正、负极，高低压等离子体发生器槽孔喷射出的等离子体可以均匀的与密闭爆发器内火药接触，能够使得等离子体点燃发射药过程中更加均匀、一致。

综上所述，本发明解决了在等离子体点燃发射药过程中均匀性、一致性、可控性的问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明等离子体发生器的组成示意图；

图2为图1的A向剖视图；

图3为实施例示意图。

其中：1.正极堵头；2.多孔圆筒；3.喷孔；4.第一开槽毛细管内壁；5.第一开槽毛细管内部间隙；6.第一开槽毛细管；7.放电金属丝；8.负极堵头；9.第二开槽毛细管；10.高低压等离子体发生器内部间隙；11.槽；12.放电金属丝；15.第三开槽毛细管；16.正极电极杆；17.第一螺堵；18.密闭爆发器本体；19.发射药；20.密闭爆发器内部间隙；21.第二螺堵；22.负极引线；23.高低压等离子体发生器；24.高功率脉冲电源。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种高低压等离子体发生器，采用毛细管开槽的结构方式，通过对槽的长度、数量、角度的控制，能够实现对喷射总面积、喷射压力的控制，实现毛细管的高压室对总体压力的调控。采用多孔圆管内套毛细管的结构，通过对多孔圆管内径、喷孔直径及数量的调整，能够对等离子气体的喷射压力、速度进行调控，实现了对等离子体点火强度的进一步控制。采用多根毛细管对称布置的方式，通过对毛细管根数的调节，可以控制高压气体的生成量，采用紧靠多孔圆管壁面的部署方式，一方面使得等离子体气体能够在多孔圆管中心处进行充分混合，另一方面能够使等离子体进一步对多孔圆管壁面进行烧蚀，增大产气量。本发明解决了在等离子体点燃发射药过程中均匀性、一致性、可控性的问题。

请参阅图1和图2，本发明一种高低压等离子体发生器，包括正极堵头1、多孔圆筒2、开槽毛细管、放电金属丝7和负极堵头8；开槽毛细管轴向设置在多孔圆筒2内，放电金属丝7设置在开槽毛细管内，正极堵头1和负极堵头8分别设置在多孔圆筒2的两端，开槽毛细管的两端分别与正极堵头1和负极堵头8连接。

请参阅图2，开槽毛细管为圆柱形带槽的圆筒结构，材料为聚四氟乙烯，内部直径尺寸为Φ3mm×140mm，外部直径尺寸为Φ8mm×140mm，开槽毛细管上开有2个对称的槽11，槽11垂直于多孔圆筒2的内壁，槽11的长度为70～90mm，槽11的外部宽度为1～3mm，内部宽度为2～4mm，放电金属丝7为直径为0.1～0.5mm的铜丝，位于开槽毛细管的中心，放电金属丝7两端分别与正极堵头1和负极堵头8连接。

开槽毛细管包括第一开槽毛细管6、第二开槽毛细管9和第三开槽毛细管15，第一开槽毛细管6、第二开槽毛细管9和第三开槽毛细管15均匀部署在多孔圆筒2内部且靠近内壁，第一开槽毛细管6、第二开槽毛细管9和第三开槽毛细管15的两端分别与正极堵头1和负极堵头8连接。

多孔圆筒2为圆柱形结构，两端分别与正极堵头1和负极堵头8连接，多孔圆筒2采用聚四氟乙烯制备而成，内部直径尺寸为Φ20mm×150mm，外部直径尺寸为Φ26mm×150mm，多孔圆筒2的径向设置有24个喷孔3，沿多孔圆筒2的圆周均布4个喷孔3组成一排，沿多孔圆筒2的轴向长度上均布6排，喷孔3为Φ1～5mm的通孔。

正极堵头1为凸台形结构，底部尺寸为Φ10mm×5mm，凸起部分尺寸为Φ5mm×10mm，凸起部分与正极电极杆16连接，底部外螺纹与多孔圆筒2连接，凸台底部与三个放电金属丝7连接；

负极堵头8为凸台形结构，凸起部分与负极引线22的一端连接，负极引线22的另一端与密闭爆发器的本体18连接，底部外螺纹与多孔圆筒2连接，凸台底部与三个放电金属丝7连接；

通过对以上部件依次组装得到高低压等离子体发生器23，槽11的大小和多少的调整，可以实现对开槽毛细管6内部的高压室压力的控制，通过对喷孔3的大小和多少的调整，可以实现对等离子体气体喷出量的控制。

采用毛细管开槽的结构方式，通过对槽的长度、数量、角度的控制，能够实现对喷射总面积、喷射压力的控制，实现毛细管的高压室对总体压力的调控。采用多孔圆管内套毛细管的结构，通过对多孔圆管内径、喷孔直径及数量的调整，能够对等离子气体的喷射压力、速度进行调控，实现了对等离子体点火强度的进一步控制。采用多根毛细管对称布置的方式，通过对毛细管根数的调节，可以控制高压气体的生成量，采用紧靠多孔圆管壁面的部署方式，一方面使得等离子体气体能够在多孔圆管中心处进行充分混合，另一方面能够使等离子体进一步对多孔圆管壁面进行烧蚀，增大产气量。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参图图3，将高低压等离子体发生器23至于密闭爆发器本体18中，将发射药19填充到密闭爆发器内部间隙20中，两端分别用第一螺堵17和第二螺堵21进行密封，将正极电极杆16连接高功率脉冲电源24的正极，将密闭爆发器本体18连接高功率脉冲电源24的负极。

对高功率脉冲电源24进行充电，达到预定电压值后，进行放电，放电金属丝7在高电压作用下发生电爆炸，对开槽毛细管进行烧蚀，形成较高的压力，产生的高压的等离子体混合气体从槽11中喷出，在多孔圆筒2中混合均匀，然后从多孔圆筒2的喷孔3中喷出，对发射药进行点火，从而点燃整个发射药装药。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高低压等离子体发生器，其特征在于，包括多孔圆筒(2)，多孔圆筒(2)内部轴向设置有开槽毛细管，开槽毛细管包括三个，均匀设置在多孔圆筒(2)的内部且靠近内壁，开槽毛细管为圆柱形结构，开槽毛细管上对称开有两个槽(11)，槽(11)垂直多孔圆筒(2)的内壁设置，开槽毛细管内设置有放电金属丝(7)，开槽毛细管和放电金属丝(7)的两端分别与多孔圆筒(2)两端设置的正极堵头(1)和负极堵头(8)连接，正极堵头(1)为凸台形结构，凸起部分连接正极电极杆(16)，底部外螺纹与多孔圆筒(2)连接，凸台底部与放电金属丝(7)连接，负极堵头(8)为凸台形结构，凸起部分连接负极引线(22)，底部外螺纹与多孔圆筒(2)连接，凸台底部与放电金属丝(7)连接。

2.根据权利要求1所述的高低压等离子体发生器，其特征在于，槽(11)的长度为70～90mm，外部宽度为1～3mm，内部宽度为2～4mm。

3.根据权利要求1所述的高低压等离子体发生器，其特征在于，放电金属丝(7)为直径为0.1～0.5mm的铜丝，位于开槽毛细管的中心。

4.根据权利要求1所述的高低压等离子体发生器，其特征在于，沿多孔圆筒(2)的径向设置有多个喷孔(3)，多个喷孔(3)沿多孔圆筒(2)的周向间隔设置。

5.根据权利要求4所述的高低压等离子体发生器，其特征在于，喷孔(3)为Φ1～5mm的通孔。

6.一种密闭爆发器，其特征在于，包括权利要求1所述的高低压等离子体发生器(23)，高低压等离子体发生器(23)设置在密闭爆发器本体(18)中，密闭爆发器本体(18)与高低压等离子体发生器(23)之间的密闭爆发器内部间隙(20)填充有发射药(19)，密闭爆发器本体(18)的两端分别设置第一螺堵(17)和第二螺堵(21)密封，高低压等离子体发生器(23)的正极堵头(1)连接正极电极杆(16)，密闭爆发器本体(18)连接高功率脉冲电源(24)的负极。

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