CN109951941A - 一种双层等离子体发生器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层等离子体发生器及其应用，包括内层烧蚀层，内层烧蚀层的两端分别连接正极堵头和负极堵头，外部套装有外层烧蚀层，外层烧蚀层和内层烧蚀层之间设置有放电间隙，外层烧蚀层上径向设置有用于连通放电间隙的槽孔。本发明等离子体烧蚀壁面大、烧蚀空间内压力可控、产生等离子体数量大，能够直接用于火药点火的等离子体发生器，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

一种双层等离子体发生器及其应用

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，具体涉及一种双层等离子体发生器及其应用，能够直接用于火药的点火的等离子体发生器。

背景技术

等离子体由部分电子被剥夺后的原子及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。

因此，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，提供一种双层等离子体发生器及其应用，能够从多个方向喷射，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：

一种双层等离子体发生器，包括内层烧蚀层，内层烧蚀层的两端分别连接正极堵头和负极堵头，外部套装有外层烧蚀层，外层烧蚀层和内层烧蚀层之间设置有放电间隙，外层烧蚀层上径向设置有用于连通放电间隙的槽孔。

具体的，外层烧蚀层的内部沿轴向间隔设置有多个凸形结构，内层烧蚀层的外部对应凸形结构设置有凹形结构，凸形结构和凹形结构之间形成放电间隙。

进一步的，在内层烧蚀层的每个凹形结构内对应设置有放电金属丝，放电金属丝的两端分别与正极堵头和负极堵头连接。

更进一步的，放电金属丝为镀银铜丝，直径为0.1～0.5mm。

进一步的，凸形结构包括4个。

更进一步的，凸形结构的半径为2～4mm，凹形结构的半径为4～6mm。

更进一步的，放电间隙的间隙距离为1～4mm。

具体的，槽孔包括4个，长度为100mm，宽度为2mm。

具体的，正极堵头和负极堵头均为凸台形结构，底部通过外螺纹与外层烧蚀层连接。

本发明的另一技术方案是，一种密闭爆发器，其特征在于，包括密闭爆发器本体和双层等离子体发生器，双层等离子体发生器设置在密闭爆发器本体内，密闭爆发器本体与双层等离子体发生器之间设置有发射药填充层，发射药填充层内填充有发射药；密闭爆发器本体的两端分别设置有第一螺堵和第二螺堵，双层等离子体发生器的正极堵头贯穿第一螺堵与密闭爆发器本体固定连接，正极堵头与第一螺堵之间设置有绝缘介质；双层等离子体发生器的负极堵头通过负极引线与密闭爆发器本体连接，正极堵头用于连接高功率脉冲电源的正极，高功率脉冲电源的负极与密闭爆发器本体连接。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种双层等离子体发生器，采用双层的结构方式，通过对间隙大小的调整，能够实现等离子体直接烧蚀材料的强度，实现了等离子体强度大小的进一步控制。与现有技术相比，在不改变主体结构条件下，仅通过双层壁面间隙的调整，就能实现不同的烧蚀强度，从而能够对等离子体点火强度的大小进行调节。

进一步的，采用凸凹结合的结构方式，通过对凸凹部分曲率半径及数量的调整，能够很好的控制等离子体的烧蚀面积。与现有技术相比，在保证外直径不变的条件下，实现了对等离子体烧蚀壁面面积大小的控制，保证了气体生成量与发射药装药量的匹配性。

进一步的，通过4个的凸形结构和凹形结构相配合，既保证了放电通道的均匀性，又增加了等离子体的烧蚀面积。

进一步的，采用侧向开槽的结构方式，通过对槽的长度、宽度、深度、个数的控制，能够实现喷射压力的控制，等离子体喷射均匀性的控制。与现有技术相比，能够实现等离子体的压力可控及均匀喷射，能够对发射药及装药进行更有效的点火。

本发明还公开了一种密闭爆发器，将双层等离子体发生器设置在密闭爆发器本体内，双层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，双层等离子体发生器4个槽孔喷射出的等离子体从4个方向较为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，本发明等离子体烧蚀壁面大、烧蚀空间内压力可控、产生等离子体数量大，能够直接用于火药点火的等离子体发生器，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为具体实施例示意图。

其中：1.正极堵头；2.负极引线；3.外层烧蚀层；4.放电金属丝；5.负极堵头；6.内层烧蚀层；7.放电间隙；8.槽；10.第一螺堵；11.绝缘介质；12.密闭爆发器本体；13.发射药；14.发射药填充层；15.双层等离子体发生器；16.第二螺堵；17.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“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。

请参阅图1，本发明一种双层等离子体发生器，包括正极堵头1、外层烧蚀层3、内层烧蚀层6、负极堵头5、放电金属丝4和负极引线2；正极堵头1和负极堵头5设置在内层烧蚀层6的两端，外层烧蚀层3套装在内层烧蚀层6的外部，内层烧蚀层6和外层烧蚀层3之间设置有放电间隙7，放电金属丝4设置在放电间隙7内，负极引线2的一端与负极堵头5连接，另一端引出。

正极堵头1为凸台形结构，凸起部分与密闭爆发器本体12连接，底部外螺纹与外层烧蚀层3连接，凸台底部与内层烧蚀层6连接；

请参阅图2，外层烧蚀层3为圆筒结构，圆筒结构上均布开有多个槽孔8，圆筒结构内部呈凸形结构，凸形结构的半径为2～4mm，多个凸形结构轴向分布于圆筒结构内部，与内层烧蚀层6的凹形结构对应，两端分别与正极堵头1和负极堵头5连接。

内层烧蚀层6为类圆柱体结构，外部为凹形结构，凹形结构的半径为4～6mm，多个凹形结构轴向分布于类圆柱体结构外部，与外层烧蚀层3的凸形结构对应，两端分别与正极堵头1和负极堵头5连接。

负极堵头5为凸台形结构，凸起部分与负极引线2连接，底部外螺纹与外层烧蚀层3连接，凸台底部与内层烧蚀层6连接。

放电金属丝4为直径0.1～0.5mm的镀银铜丝，与内层烧蚀层6的凹形数量相等，分布于内层烧蚀层6的凹形部分里面，两端分别与正极堵头1和负极堵头5连接。

放电间隙7的距离为1～4mm，通过对以上部件依次组装得到双层等离子体发生器15，通过对外层烧蚀层3和内层烧蚀层6的尺寸进行调整，可以对放电间隙7的大小可进行控制。

请参阅图3，双层等离子体发生器15设置在密闭爆发器本体12内，密闭爆发器本体12的两端分别设置有第一螺堵10和第二螺堵16，双层等离子体发生器15的正极堵头1贯穿第一螺堵10与密闭爆发器本体12固定连接，正极堵头1与第一螺堵10之间设置有绝缘介质11；双层等离子体发生器15的负极引线2与密闭爆发器本体12连接，正极堵头1与高功率脉冲电源17的正极连接，密闭爆发器本体12与高功率脉冲电源17的负极连接。

密闭爆发器本体12内与双层等离子体发生器15之间设置有发射药填充层14，发射药填充层14内填充有发射药13。

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。

实施例

一种双层等离子体发生器，正极堵头1底部尺寸为Φ10mm×5mm，凸起部分尺寸为Φ5mm×5mm，凸起部分与密闭爆发器本体12连接，底部外螺纹与外层烧蚀层3连接，凸台底部与内层烧蚀层6连接；

外层烧蚀层3为聚四氟乙烯制成，内径尺寸为Φ10mm×150mm，外径尺寸为Φ15mm×150mm，圆筒上均布开有4个槽孔8，槽孔8的长度为100mm，宽度为2mm，4个半径为2～4mm的凸形结构分布于圆筒内部，与内层烧蚀层6的凹形结构对应，两端分别与正极堵头1和负极堵头5连接。

内层烧蚀层6为聚四氟乙烯制成，直径尺寸为Φ8mm×150mm，4个半径为4～6mm的凹形结构分布于圆柱体外部，与外层烧蚀层3的凸形结构对应，两端分别与正极堵头1和负极堵头5连接。

烧蚀层采用的聚四氟乙烯材料较其他材料而言具有更高的烧蚀率和烧蚀通量，可以产生更多的等离子体数量。

放电金属丝4为直径0.1～0.5mm的镀银铜丝，4个放电金属丝4分布于内层烧蚀层6的凹形部分里面，两端分别与正极堵头1和负极堵头5连接。

控制放电间隙7为1～4mm，通过对以上部件依次组装得到双层等离子体发生器15。

请参阅图3，将双层等离子体发生器15至于密闭爆发器本体12的本体中，将发射药13填充到密闭爆发器本体12中，两端分别用第一螺堵10和第二螺堵16进行密封，将正极堵头1连接高功率脉冲电源17的正极，将密闭爆发器本体12连接高功率脉冲电源17的负极。

对高功率脉冲电源17进行充电，达到预定电压值后，进行放电，放电金属丝4在高电压作用下发生电爆炸，在放电间隙7中烧蚀凸起和凹陷部分，产生的等离子体混合气体从外层烧蚀层3的槽孔8中喷出，对发射药13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 (10)

1.一种双层等离子体发生器，其特征在于，包括内层烧蚀层(6)，内层烧蚀层(6)的两端分别连接正极堵头(1)和负极堵头(5)，外部套装有外层烧蚀层(3)，外层烧蚀层(3)和内层烧蚀层(6)之间设置有放电间隙(7)，外层烧蚀层(3)上径向设置有用于连通放电间隙(7)的槽孔(8)。

2.根据权利要求1所述的双层等离子体发生器，其特征在于，外层烧蚀层(3)的内部沿轴向间隔设置有多个凸形结构，内层烧蚀层(6)的外部对应凸形结构设置有凹形结构，凸形结构和凹形结构之间形成放电间隙(7)。

3.根据权利要求2所述的双层等离子体发生器，其特征在于，在内层烧蚀层(6)的每个凹形结构内对应设置有放电金属丝(4)，放电金属丝(4)的两端分别与正极堵头(1)和负极堵头(5)连接。

4.根据权利要求3所述的双层等离子体发生器，其特征在于，放电金属丝(4)为镀银铜丝，直径为0.1～0.5mm。

5.根据权利要求2所述的双层等离子体发生器，其特征在于，凸形结构包括4个。

6.根据权利要求5所述的双层等离子体发生器，其特征在于，凸形结构的半径为2～4mm，凹形结构的半径为4～6mm。

7.根据权利要求1或2所述的双层等离子体发生器，其特征在于，放电间隙(7)的间隙距离为1～4mm。

8.根据权利要求1所述的双层等离子体发生器，其特征在于，槽孔(8)包括4个，长度为100mm，宽度为2mm。

9.根据权利要求1所述的双层等离子体发生器，其特征在于，正极堵头(1)和负极堵头(5)均为凸台形结构，底部通过外螺纹与外层烧蚀层(3)连接。

10.一种密闭爆发器，其特征在于，包括密闭爆发器本体(12)和权利要求1至9中任一项所述的双层等离子体发生器(15)，双层等离子体发生器(15)设置在密闭爆发器本体(12)内，密闭爆发器本体(12)与双层等离子体发生器(15)之间设置有发射药填充层(14)，发射药填充层(14)内填充有发射药(13)；密闭爆发器本体(12)的两端分别设置有第一螺堵(10)和第二螺堵(16)，双层等离子体发生器(15)的正极堵头(1)贯穿第一螺堵(10)与密闭爆发器本体(12)固定连接，正极堵头(1)与第一螺堵(10)之间设置有绝缘介质(11)；双层等离子体发生器(15)的负极堵头(5)通过负极引线(2)与密闭爆发器本体(12)连接，正极堵头(1)用于连接高功率脉冲电源(17)的正极，高功率脉冲电源(17)的负极与密闭爆发器本体(12)连接。