CN113747648A - 一种笼状金属丝结构的等离子体发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种笼状金属丝结构的等离子体发生器，其特征在于，包括电极杆、螺母压片、负极螺堵、毛细管、发射药柱、金属丝；采用金属丝与发射药柱复合的结构方式，通过对发射药柱的配方组成、外径、内孔直径、长度的调整，能够实现金属丝电爆炸时对发射药的高效烧蚀助燃作用；采用毛细管内壁涂覆含能物质的结构方式，通过对涂覆物质的材料选择，涂覆层厚度的调整，能够对等离子体有效点火物质及点火压力的调控；采用多根金属丝包裹发射药柱的笼状结构方式，通过对金属丝材质、直径、根数的优选，能够较好的控制电爆炸的强度。本发明解决了等离子体发生器的多参数精确调控、等离子体点火的控制和效率问题。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体技术领域，尤其涉及一种等离子体发生器，具体涉及一种具有发射药与金属丝的复合结构，能够大幅度增强等离子体的密度及点火有效物质，可以直接用于火药点火的等离子体发生器。
背景技术
等离子体是由部分电子被剥夺后的原子，被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质的原子团，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。等离子体根据温度不同分为高温热等离子体、低温冷等离子体，根据密度不同分为高密度等离子体、低密度等离子体，根据应用对象的不同，等离子体发生器的结构和作用机理也不同，电热化学炮中常用毛细管放电等离子体发生器来产生低密度等离子体，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一定的等离子体态物质，但是在应用到对发射药点火中存在以下问题：(1)等离子体的密度较低，有效点火物质较少，不能够快速均匀的对发射药进行点火；(2)仅仅采用了金属丝对毛细管进行烧蚀，烧蚀能力较小，无法获得较多的点火物质；(3)毛细管材料由非含能物质组成，需要较大的能量才能够进行烧蚀，且烧蚀产生的物质的量较小，这使得等离子体发生器的点火效率较低，且调控比较困难。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。
从目前检索的技术资料中，尚未见具有金属丝包裹发射药的复合结构，大幅度增强等离子体有效点火物质的等离子体发生器。
发明内容
针对现有等离子体发生器存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种笼状金属丝结构的等离子体发生器，具体而言，该等离子体发生器的毛细管内部采用含能物质进行涂覆，多根金属丝呈笼状结构对发射药柱进行包裹，通过对金属丝施加高电压进行放电，金属丝电爆炸使得发射药柱烧蚀燃烧，同时对毛细管内壁进行烧蚀，含能物质在烧蚀的情况下，自身也会燃烧放出大量的热和粒子，被炸裂的发射药柱燃烧的同时获得一定的速度，所产生的大量有效点火物质，能够大幅度增强等离子体的点火效果，并且可以对等离子体的多个参数进行精确调控。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种笼状金属丝结构的等离子体发生器，其特征在于，包括电极杆、螺母压片、负极螺堵、毛细管、发射药柱、金属丝；
所述电极杆为中间带圆盘的结构，圆盘左端的杆上开有外螺纹，用来与螺母压片连接，圆盘右端的杆上固定发射药柱及金属丝，圆盘左端压紧毛细管；
所述螺母压片用来紧固电极杆，通过螺纹与电极杆左端连接；
所述负极螺堵为圆筒状结构，左端中心位置开有小孔，用来与毛细管嵌套，圆筒内部放置毛细管，并且与毛细管外壁紧密配合；
所述毛细管为变直径的圆筒结构，材料为聚四氟乙烯，嵌套于负极螺堵中，左端较细，用来固定电极杆，右端内壁涂覆有含能物质；
所述发射药柱为单孔圆柱体结构，材料为单基发射药、双基发射药或多基发射药的含能物质，中心有一个圆形通孔，左端通过粘接固定于电极杆右端，一根金属丝穿过圆形通孔，其余金属丝呈笼状包裹发射药柱后与负极螺堵连接；
所述金属丝为采用一定材质、直径的细丝，多根金属丝左端连接电极杆右端，其中一根金属丝穿过圆形通孔，其余金属丝呈笼状包裹发射药柱，右端与负极螺堵连接；
通过对以上部件依次组装得到笼状金属丝结构的等离子体发生器。
本发明的笼状金属丝结构的等离子体发生器，与现有技术相比，有益效果体现在以下几个方面：
(1)采用金属丝与发射药柱复合的结构方式，通过对发射药柱的配方组成、外径、内孔直径、长度的调整，能够实现金属丝电爆炸时对发射药的高效烧蚀助燃作用，大幅度提高等离子体的有效点火物质，实现对等离子体点火效果的高效调控。与现有技术相比，能够实现对等离子体点火物质和点火压力的调节，能够对发射药及装药进行更高效的点火。
(2)采用毛细管内壁涂覆含能物质的结构方式，通过对涂覆物质的材料选择，涂覆层厚度的调整，能够进一步增加烧蚀物质的量，实现对等离子体有效点火物质及点火压力的调控。与现有技术相比，能够大幅度增加毛细管的利用率，通过对毛细管结构的调控，进一步增加对等离子体点火的精确调控。
(3)采用多根金属丝包裹发射药柱的笼状结构方式，通过对金属丝材质、直径、根数的优选，能够较好的控制电爆炸的强度，对发射药柱与毛细管内壁进行同时烧蚀，起到对发射药柱高效烧蚀和助燃的效果，电爆炸使得发射药柱破裂，能够加速碎片的喷出速度，进一步提高等离子体的点火效果。与现有技术相比，能够更好的调节等离子体的初始强度，以及含能物质烧蚀后的点火物质量，从而实现了对等离子体点火的进一步精确调控，能够保证对不同类型的发射药及装药进行高效的点火。
因此，本发明解决了等离子体发生器的多参数精确调控、等离子体点火的控制和效率问题。
附图说明
图1是本发明等离子体发生器的组成示意图。
图2是图1的A向剖视图。
图3是具体实施例示意图。
具体实施方式
下面结合附图及发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1、图2所示，本实施例给出一种笼状金属丝结构的等离子体发生器优选结构，包括电极杆1、螺母压片2、负极螺堵3、毛细管4、发射药柱6、金属丝7；
所述电极杆1为中间带圆盘的结构，材料为45号钢，圆盘尺寸为Φ20mm×5mm，圆盘左端的杆尺寸为Φ8mm×100mm，外侧端面上开有外螺纹，用来与螺母压片2连接，圆盘右端的杆尺寸为Φ8mm×50mm，圆盘右端固定发射药柱6及金属丝7，圆盘左端压紧毛细管4；
所述螺母压片2用来紧固电极杆1，材料为45号钢，通过螺纹与电极杆1左端连接；
所述负极螺堵3为圆筒状结构，材料为45号钢，内部尺寸为Φ30mm×160mm，壁厚为5mm，左端中心位置开有小孔，孔内径为Φ14mm，毛细管4通过紧配合与负极螺堵3内壁嵌套；
所述毛细管4为变直径的圆筒结构，材料为聚四氟乙烯，壁厚为5mm，左端内部尺寸为Φ8mm×50mm，右端内部尺寸为Φ30mm×160mm，嵌套于负极螺堵3中，左端用来固定电极杆1，毛细管4右端内壁涂覆有硝化棉含能物质，涂覆层的厚度约1mm；
所述发射药柱6为单孔圆柱体结构，材料为双基发射药，尺寸为Φ12mm×60mm，中心有一个圆形通孔8，圆形通孔8的尺寸为Φ0.5mm×60mm，左端通过粘接固定于电极杆1右端，一根金属丝7穿过圆形通孔8，其余金属丝7呈笼状包裹发射药柱6后与负极螺堵3连接；
所述金属丝7材质为铜，尺寸为Φ0.30mm×200mm，十三根金属丝7左端连接电极杆1右端，其中一根金属丝7穿过圆形通孔8，十二根金属丝7呈笼状包裹发射药柱6，右端与负极螺堵3连接；
通过对以上部件依次组装得到笼状金属丝结构的等离子体发生器11，通过对毛细管4内壁的涂覆物质和涂覆层厚度，金属丝7的材质、直径和根数，发射药柱6的配方组成、外径、内孔直径、长度的调节，可以进一步对等离子体及点火物质进行精确调控，实现等离子体对发射药及装药的高效点火。
如图3所示，将笼状金属丝结构的等离子体发生器11与密闭爆发器本体13左端通过螺纹连接，将发射药14填充到密闭爆发器本体13中，右端用螺堵12密封，将发生器正极通过导线16与高功率脉冲电源9的正极连接，将发生器负极通过导线10与高功率脉冲电源9的负极连接。
对高功率脉冲电源9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，对发射药柱6和毛细管4内壁同时进行烧蚀和点燃，产生大量的高压等离子体混合气体，从毛细管4右端喷出，对发射药14进行点火，从而点燃整个发射药装药。
Claims (3)
1.一种笼状金属丝结构的等离子体发生器，其特征在于，包括电极杆(1)、螺母压片(2)、负极螺堵(3)、毛细管(4)、发射药柱(6)、金属丝(7)；
所述电极杆(1)为中间带圆盘的结构，圆盘左端的杆上开有外螺纹，用来与螺母压片(2)连接，圆盘右端的杆上固定发射药柱(6)及金属丝(7)，圆盘左端压紧毛细管(4)；
所述螺母压片(2)用来紧固电极杆(1)，通过螺纹与电极杆(1)左端连接；
所述负极螺堵(3)为圆筒状结构，左端中心位置开有小孔，用来与毛细管(4)嵌套，圆筒内部放置毛细管(4)，并且与毛细管(4)外壁紧密配合；
所述毛细管(4)为变直径的圆筒结构，材料为聚四氟乙烯，嵌套于负极螺堵(3)中，左端较细，用来固定电极杆(1)，右端内壁涂覆有含能物质；
所述发射药柱(6)为单孔圆柱体结构，材料为单基发射药、双基发射药或多基发射药的含能物质，中心有一个圆形通孔(8)，左端通过粘接固定于电极杆(1)右端，一根金属丝(7)穿过圆形通孔(8)，其余金属丝(8)呈笼状包裹发射药柱(6)后与负极螺堵(3)连接；
所述金属丝(7)为采用一定材质、直径的细丝，多根金属丝(7)左端连接电极杆(1)右端，其中一根金属丝(7)穿过圆形通孔(8)，其余金属丝(7)呈笼状包裹发射药柱(6)，右端与负极螺堵(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种笼状金属丝结构的等离子体发生器，其特征在于，还包括一个毛细管(4)为变直径的圆筒结构，材料为聚四氟乙烯，壁厚为5mm，左端内部尺寸为Φ8mm×50mm，右端内部尺寸为Φ30mm×160mm，嵌套于负极螺堵(3)中，左端用来固定电极杆(1)，毛细管(4)右端内壁涂覆有硝化棉含能物质，涂覆层的厚度从0.1mm到5mm。
3.根据权利要求1所述的一种笼状金属丝结构的等离子体发生器，其特征在于，还包括笼状结构的金属丝(7)，材质为铜，尺寸为Φ0.30mm×200mm，N(N＝3，4，5……)根金属丝(7)左端连接电极杆(1)右端，其中一根金属丝(7)穿过圆形通孔(8)，N-1(N＝3，4，5……)根金属丝(7)呈笼状包裹发射药柱(6)，右端与负极螺堵(3)连接。
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