CN110035595B - 一种圆柱形等离子体发生器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱形等离子体发生器及其应用，包括发生器外筒，发生器外筒的两端分别设置正极圆盘和负极圆盘，正极圆盘上设置正极杆伸出至发生器外筒外部构成发生器正极，负极圆盘上设置有负极杆，发生器外筒内设置放电金属丝，放电金属丝的两端分别与正极圆盘和负极圆盘连接，沿发生器外筒的筒壁轴向对称开有连通发生器外筒内外的槽。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

一种圆柱形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，具体涉及一种圆柱形等离子体发生器及其应用，能够直接用于火药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，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，提供一种圆柱形等离子体发生器及其应用，通过金属丝在内壁进行爆炸，烧蚀壁面所生成的燃气从对面的喷口喷出，采用多根金属丝及多个喷口，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：

一种圆柱形等离子体发生器，包括发生器外筒，发生器外筒的两端分别设置正极圆盘和负极圆盘，正极圆盘上设置正极杆伸出至发生器外筒外部构成发生器正极，负极圆盘上设置有负极杆，发生器外筒内设置放电金属丝，放电金属丝的两端分别与正极圆盘和负极圆盘连接，沿发生器外筒的筒壁轴向对称开有连通发生器外筒内外的槽。

具体的，放电金属丝包括多个，沿发生器外筒的内壁轴向设置。

具体的，放电金属丝为直径0.1～0.5mm的铜丝。

进一步的，槽包括多个，对应放电金属丝设置。

更进一步的，其特征在于，槽包括三个。

更进一步的，槽的长度为8～12mm，宽度为1～4mm。

具体的，正极杆的一端与正极圆盘螺纹连接，另一端伸出至发生器外筒外部通过正极螺母与发生器外筒紧固连接；负极杆的一端与负极圆盘螺纹连接，另一端贯穿负极堵头通过负极螺母与发生器外筒紧固连接。

具体的，发生器外筒采用聚四氟乙烯材料制成。

本发明的另一个技术方案是，一种密闭爆发器，包括填充有发射药的密闭爆发器本体和圆柱形等离子体发生器，圆柱形等离子体发生器设置在密闭爆发器本体内，圆柱形等离子体发生器的负极杆通过负极引线与密闭爆发器本体连接，发生器正极伸出至密闭爆发器本体外与高功率脉冲电源的正极连接，高功率脉冲电源的负极连接密闭爆发器本体。

具体的，密闭爆发器本体的两端分别设置第一螺堵和第二螺堵进行密封，发生器正极与第二螺堵之间设置有绝缘介质。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种圆柱形等离子体发生器，采用侧向开槽的结构方式，通过对槽的长度、数量、缝隙的控制，能够实现对喷射总面积、喷射压力的控制，实现对等离子体点火压力的调控。与现有技术相比，能够实现等离子体气体的喷射压力的调节，能够对发射药及装药进行更有效的点火。

进一步的，采用多根金属丝与内壁接触放电的结构，通过对发生器直径、金属丝与内壁距离、金属丝直径及数量的调整，能够对等离子烧蚀器壁的强度进行调控，实现了对等离子体产气量及点火能力的进一步控制。与现有技术相比，通过多根金属丝放电，增大了烧蚀面积，提高了等离子体产气量的调控能力，能够适应于不同的发射药及装药对点火的需求。

进一步的，采用金属丝与槽对称布置的方式，通过对称布置的方式，使得等离子体气体能够较好的从发生器的槽中喷出，从而增加了等离子的混合程度及喷射速度。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，保证了等离子体气体的喷射均匀性，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，等离子体发生器设置三个槽使得等离子体能够从三个方向喷出，且三个方向夹角一致，增加了等离子体点燃火药过程的均匀性与一致性。

进一步的，发生器外筒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。

本发明还公开了一种密闭爆发器，将圆柱形等离子体发生器设置在密闭爆发器本体内，圆柱形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，圆柱形等离子体发生器三个槽孔喷射出的等离子体从三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.负极引线；2.发生器外筒；3.负极圆盘；4.负极堵头；5.负极螺母；6.负极杆；7.放电金属丝；8.正极圆盘；9.发生器正极；10.正极螺母；11.正极杆；12.槽；14.密闭爆发器本体；15.发射药；16.第一螺堵；17.第二螺堵；18.绝缘介质；20.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。

请参阅图1，本发明一种圆柱形等离子体发生器，包括正极杆11、正极圆盘8、负极引线1、发生器外筒2、负极圆盘3、负极堵头4、负极杆6、放电金属丝7、正极螺母10和负极螺母5；正极圆盘8和负极圆盘3对应设置在发生器外筒2的两端，正极杆11贯穿发生器外筒2与正极圆盘8连接构成发生器正极9，负极杆6贯穿负极堵头4与负极圆盘3连接，发生器外筒2的筒壁上对称开有多个槽12，放电金属丝7对应槽12设置在发生器外筒2内，两端分别与正极圆盘8和负极圆盘3连接。

请参阅图2，发生器外筒2为圆筒结构，内部直径尺寸较小，外部直径尺寸较大，发生器外筒2的右侧与负极堵头4连接，沿圆筒结构侧向对称开有多个槽12，槽12的长度为8～12mm，宽度为1～4mm。

放电金属丝7为直径0.1～0.5mm的铜丝，包括多个，每根放电金属丝7紧挨发生器外筒2的内壁布置，且与发生器外筒2的槽12相对应，共布置多根放电金属丝，放电金属丝7的两端分别与正极圆盘8和负极圆盘3连接。

正极杆11为带外螺纹的杆，且正极杆11与正极圆盘8连接，且正极杆11穿过发生器外筒2左侧的通孔，由正极螺母10紧固。

负极杆6为带外螺纹的杆，且负极杆6与负极圆盘3连接，负极杆6穿过负极堵头4的通孔，由负极螺母5紧固。

通过对以上部件依次组装得到圆柱形等离子体发生器。

请参阅图3，一种密闭爆发器，包括内部填充有发射药15的密闭爆发器本体14，将组装的圆柱形等离子体发生器至于密闭爆发器本体14中，密闭爆发器本体14两端分别连接第二螺堵17和第一螺堵16进行密封，发生器正极9贯穿第二螺堵17伸出至密闭爆发器本体14外部，发生器正极9和第二螺堵17之间设置绝缘介质18，负极杆6通过负极引线1与密闭爆发器本体14连接，发生器正极9与高功率脉冲电源20的正极连接，高功率脉冲电源20的负极连接密闭爆发器本体14。

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

一种圆柱形等离子体发生器，正极杆11为带外螺纹的杆，尺寸为Φ5mm×15mm，正极圆盘8为Φ15mm×2mm的圆盘，正极杆11与正极圆盘8连接，且正极杆11穿过发生器外筒2左侧的通孔，由正极螺母10紧固。

发生器外筒2为聚四氟乙烯制成，内部直径尺寸为Φ15mm×150mm，外部直径尺寸为Φ20mm×150mm，如图2所示，圆筒壁上开有3个对称的槽12，槽12的长度为10mm，宽度为2mm，发生器外筒2的右侧与负极堵头4连接。

负极杆6为带外螺纹的杆，尺寸为Φ5mm×15mm，负极圆盘3为Φ15mm×2mm的圆盘，负极杆6与负极圆盘3连接，且负极杆6穿过负极堵头4的通孔，由负极螺母5紧固。

放电金属丝7为直径为0.1mm的铜丝，如图2所示，每根放电金属丝7紧挨发生器外筒2内壁布置，且与发生器外筒2的槽相对应，共布置3根放电金属丝7，放电金属丝7两端分别与正极圆盘8和负极圆盘3连接；

通过对以上部件依次组装得到圆柱形等离子体发生器，通过对槽12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。

当需要减少等离子体气体喷出量时，可以减少对槽12的大小和数量，由于减少对槽12的大小或者数量均能影响等离子体气体喷出量，并且对槽12的大小和数量有较宽的调节范围，因此通过对槽12的大小或数量的微小变动达到对等离子体气体喷出量的精确控制。

将圆柱形等离子体发生器至于密闭爆发器本体14中，将发射药15填充到密闭爆发器本体14中，两端分别用第二螺堵17和第一螺堵16进行密封，将发生器正极9连接高功率脉冲电源20的正极，将密闭爆发器本体14连接高功率脉冲电源20的负极。

对高功率脉冲电源20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，对发生器外筒2的内壁进行烧蚀，形成等离子体射流，产生的等离子体混合气体从槽12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 (3)

1.一种圆柱形等离子体发生器，其特征在于，包括采用聚四氟乙烯材料制成的发生器外筒(2)，发生器外筒(2)的两端分别设置正极圆盘(8)和负极圆盘(3)，正极圆盘(8)上设置正极杆(11)伸出至发生器外筒(2)外部构成发生器正极(9)，正极杆(11)的一端与正极圆盘(8)螺纹连接，另一端伸出至发生器外筒(2)外部通过正极螺母(10)与发生器外筒(2)紧固连接；负极杆(6)的一端与负极圆盘(3)螺纹连接，另一端贯穿负极堵头(4)通过负极螺母(5)与发生器外筒(2)紧固连接，负极圆盘(3)上设置有负极杆(6)，发生器外筒(2)内设置放电金属丝(7)，放电金属丝(7)的两端分别与正极圆盘(8)和负极圆盘(3)连接，沿发生器外筒(2)的筒壁轴向对称开有连通发生器外筒(2)内外的槽(12)，槽(12)包括三个，长度为8～12mm，宽度为1～4mm，对应放电金属丝(7)设置，放电金属丝(7)为直径0.1～0.5mm的铜丝，放电金属丝(7)包括多个，沿发生器外筒(2)的内壁轴向设置。

2.一种密闭爆发器，其特征在于，包括填充有发射药(15)的密闭爆发器本体(14)和权利要求1所述的圆柱形等离子体发生器，圆柱形等离子体发生器设置在密闭爆发器本体(14)内，圆柱形等离子体发生器的负极杆(6)通过负极引线(1)与密闭爆发器本体(14)连接，发生器正极(9)伸出至密闭爆发器本体(14)外与高功率脉冲电源(20)的正极连接，高功率脉冲电源(20)的负极连接密闭爆发器本体(14)。

3.根据权利要求2所述的密闭爆发器，其特征在于，密闭爆发器本体(14)的两端分别设置第一螺堵(16)和第二螺堵(17)进行密封，发生器正极(9)与第二螺堵(17)之间设置有绝缘介质(18)。

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