CN113804061A - 一种电热化学焰火弹 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种电热化学焰火弹，包括药筒、焰火弹丸、等等离子体发生器、金属丝，以及消融材料或含能材料。通过瞬间大功率放电产生高温高压的金属等离子体，电离形成高温高压的等离子体混合物并从前端等离子体腔的喷口喷出，形成等离子体射流。通过调节与电热化学焰火弹相连的脉冲放电波形和幅值，精确控制高功率脉冲功率源放电产生等离子体的压力和温度，获得不同的弹丸发射初速，从而使焰火弹丸能够达到焰火所需的不同发射高度，增强焰火发射高度和发射方向的可控性，同时降低发射过程中对弹丸的冲击破坏，提高焰火发射精度及焰火发射装置的机械刚度，保证特定文字或图案焰火按预定设计方案实现。
Description
技术领域
本发明属于焰火燃放技术领域，具体涉及一种适用于电热化学焰火发射装置进行特效焰火燃放的电热化学焰火弹。
背景技术
目前，一般焰火弹称为光珠或彩珠，是由彩色发光火药制成球状，再外敷一层引燃药面制成，常用于制造各类吐珠筒烟花。这种焰火弹在发射点燃后夹带较长的亮光尾迹升空并爆出珠花，只适用于普通焰火燃放，无法用于特效焰火表演。
特效焰火燃放用焰火弹是根据焰火表演创意中不同空中影像对焰火色彩、引燃时间、图形滞空时间、燃放高度等技术要素，以及燃放系统的发射能力范围，设计特效焰火弹的组织结构、外形尺寸、弹体强度及构成材料的成分、配比、质量安全要求，采用芯体制作和分层外敷的工艺方法制成。
近些年，特定文字及图案的特效焰火已成为我国举办盛大活动不可或缺的环节和万众瞩目的亮点。我国的特效焰火膛压发射技术虽处于世界焰火技术领域前列，但在焰火发射精度及高度控制方面仍有较大进步空间。
目前很多焰火弹仍然使用炸药替代火药提供发射动力，并因此导致其膛压曲线呈现出极端的先高后低脉冲特征。高膛压对炮管冲击严重，而且高膛压脉冲做功效率较低，在球形弹丸高阻力特征下，整个发射装置的发射效率很低。曾有人提出通过改变分压的方式控制发射高度，但由于火药点火的随机性和燃烧的不稳定性，导致发射高度控制无法达到预期效果。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种电热化学焰火弹，以解决如何控制焰火发射精度及高度的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种电热化学焰火弹，该电热化学焰火弹包括药筒、焰火弹丸、等离子体发生器、金属丝，以及消融材料或含能材料；其中，药筒用于为焰火弹丸和等离子体发生器提供初始固定位置，为等离子体发生器提供输电接口，以及为高压等离子体的产生和流动提供初始空间；焰火弹丸作为焰火弹的发射对象，用于实现特效焰火燃放所需的效果，焰火弹丸固定在药筒前端；等离子体发生器安装在药筒内部，用于产生高压等离子体并推动焰火弹丸沿电热化学焰火发射装置的身管方向加速运动；等离子体发生器中用于与高功率脉冲功率源相连的输电接口延伸至药筒底部，等离子体发生器的前端等离子体腔内设置有金属丝，金属丝与药筒内壁之间设置有消融材料或含能材料。
进一步地，焰火弹丸采用粘接方式固定在药筒前端。
进一步地，在等离子体腔的前端喷口与焰火弹丸之间设置有垫片，用于对焰火弹丸的装配位置进行定位，并对等离子体腔进行密封紧塞。
进一步地，消融材料或含能材料具有高压绝缘特性。
进一步地，等离子体发生器采用内嵌于药筒内部的毛细管型等离子体发生器或表面放电型等离子体发生器。
进一步地，毛细管型等离子体发生器包括输电正极、输电负极、消融材料或含能材料构成的毛细管以及绝缘体；其中，药筒作为毛细管等离子体发生器的输电负极，等离子体发生器输电接口中的中心金属杆作为输电正极，输电正极外侧包裹有绝缘体；在消融材料或含能材料构成的毛细管内侧放置有金属丝，并且金属丝两端分别连接输电正极和输电负极，构成毛细管等离子体发生器的放电回路。
(三)有益效果
本发明提出一种电热化学焰火弹，包括药筒、焰火弹丸、等离子体发生器、金属丝，以及消融材料或含能材料。通过瞬间大功率放电产生高温高压的金属等离子体，电离形成高温高压的等离子体混合物并从前端等离子体腔的喷口喷出，形成等离子体射流。通过调节与电热化学焰火弹相连的脉冲放电波形和幅值，精确控制高功率脉冲功率源放电产生等离子体的压力和温度，获得不同的弹丸发射初速，从而使焰火弹丸能够达到焰火所需的不同发射高度，增强焰火发射高度和发射方向的可控性，同时降低发射过程中对弹丸的冲击破坏，提高焰火发射精度及焰火发射装置的机械刚度，保证特定文字或图案焰火按预定设计方案实现。
附图说明
图1为本实施例的电热化学焰火弹结构示意图；
图2为本实施例中毛细管型等离子体发生器结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种电热化学焰火弹，采用整装式结构，便于勤务保障和储运。如图1所示，该电热化学焰火弹具体包括药筒1、焰火弹丸2、等离子体发生器3、金属丝4、消融材料或含能材料5和垫片6。
药筒1用于为焰火弹丸2和等离子体发生器3提供初始固定位置，为等离子体发生器3提供输电接口，以及为高压等离子体的产生和流动提供初始空间。
焰火弹丸2作为焰火弹的主要发射对象，用于实现特效焰火燃放所需的效果。焰火弹丸2采用粘接方式固定在药筒1的前端。
等离子体发生器3安装在药筒1的内部，用于产生高压等离子体并推动焰火弹丸2沿电热化学焰火发射装置的身管方向加速运动。等离子体发生器3中用于与高功率脉冲功率源相连的输电接口延伸至药筒1的底部。等离子体发生器3的前端等离子体腔内设置有金属丝4，金属丝4与药筒1的内壁之间设置有消融材料或含能材料5，用于绝缘两极并保持高压气体产量。其中，消融材料可以为聚乙烯或聚丙烯等。当需要控制爆炸压力时，使用消融材料，当需要加强爆炸压力时，使用含能材料。
在等离子体腔的前端喷口与焰火弹丸2之间设置有垫片6，用于对焰火弹丸2的装配位置进行定位，并对等离子体腔进行密封紧塞，以减弱等离子体射流对焰火弹丸2的直接冲刷作用。
装配时，先将等离子体发生器3固定装配到药筒1内的预定位置，然后放入垫片6，最后放置焰火弹丸2，并采用密封胶完成药筒1口部与焰火弹丸2之间的粘接固定。
本实施例中，等离子体发生器3采用内嵌于药筒1内部的毛细管型等离子体发生器，其结构如图2所示，主要由输电正极7、输电负极8、消融材料或含能材料5构成的毛细管以及绝缘体9组成。其中，药筒1直接作为毛细管等离子体发生器的输电负极8，等离子体发生器3输电接口中的中心金属杆作为输电正极7，输电正极外侧包裹有绝缘体9。在消融材料或含能材料5构成的毛细管内侧放置有金属丝4，并且金属丝4两端分别连接输电正极7和输电负极8，构成毛细管等离子体发生器的放电回路。通过对毛细管瞬间大功率放电，产生高温高压的金属等离子体，烧烛消融毛细管材料，电离形成高温高压的等离子体混合物并从前端等离子体腔的喷口喷出，形成等离子体射流。
本发明的电热化学焰火弹引入等离子体技术，通过调节驱动电热化学焰火弹的脉冲放电波形和幅值，精确控制高功率脉冲功率源放电产生等离子体的压力和温度，获得不同的弹丸发射初速，从而使焰火弹丸能够达到焰火所需的不同发射高度，增强焰火发射高度和发射方向的可控性，同时降低发射过程中对弹丸的冲击破坏，提高焰火发射精度及焰火发射装置的机械刚度，保证特定文字或图案焰火按预定设计方案实现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种电热化学焰火弹，其特征在于，所述电热化学焰火弹包括药筒、焰火弹丸、等离子体发生器、金属丝，以及消融材料或含能材料；其中，所述药筒用于为焰火弹丸和等离子体发生器提供初始固定位置，为等离子体发生器提供输电接口，以及为高压等离子体的产生和流动提供初始空间；所述焰火弹丸作为焰火弹的发射对象，用于实现特效焰火燃放所需的效果，所述焰火弹丸固定在药筒前端；所述等离子体发生器安装在药筒内部，用于产生高压等离子体并推动焰火弹丸沿电热化学焰火发射装置的身管方向加速运动；所述等离子体发生器中用于与高功率脉冲功率源相连的输电接口延伸至药筒底部，等离子体发生器的前端等离子体腔内设置有金属丝，所述金属丝与药筒内壁之间设置有所述消融材料或含能材料。
2.如权利要求1所述的电热化学焰火弹，其特征在于，所述焰火弹丸采用粘接方式固定在药筒前端。
3.如权利要求1所述的电热化学焰火弹，其特征在于，在等离子体腔的前端喷口与焰火弹丸之间设置有垫片，用于对焰火弹丸的装配位置进行定位，并对等离子体腔进行密封紧塞。
4.如权利要求1所述的电热化学焰火弹，其特征在于，所述消融材料或含能材料具有高压绝缘特性。
5.如权利要求1所述的电热化学焰火弹，其特征在于，所述等离子体发生器采用内嵌于药筒内部的毛细管型等离子体发生器或表面放电型等离子体发生器。
6.如权利要求5所述的电热化学焰火弹，其特征在于，所述毛细管型等离子体发生器包括输电正极、输电负极、消融材料或含能材料构成的毛细管以及绝缘体；其中，药筒作为毛细管等离子体发生器的输电负极，等离子体发生器输电接口中的中心金属杆作为输电正极，输电正极外侧包裹有绝缘体；在消融材料或含能材料构成的毛细管内侧放置有金属丝，并且金属丝两端分别连接输电正极和输电负极，构成毛细管等离子体发生器的放电回路。
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