MacCormack火药内孔点火特性研究(2)
3.3.2 给定初始条件及边界处理 10
3.4 本章小结 12
4.1 火药内孔气体各参数分布规律及分析 13
4.1.1 点火药气体各参数随时间的变化规律 13
4.1.2 点火药气体各参数随空间的分布 17
4.2 火药内壁温度分布规律及分析 23
4.2.1 火药内壁温度随时间的变化规律 23
4.2.2 火药内壁温度随空间的变化规律 27
4.3 本章小结 32
结 论 33
致 谢 34
参考文献35
1 绪论
1.1 点火理论简介
在研究点火的过程中，人们构建了许多理论模型[1]。根据点燃时放热反应的部位、反应组分物理状态的不同，点火理论可分为固相[2]、气相非均相三种基本类型。
1.1.1 固相点火理论
该理论不考虑气相中的化学反应与质量扩散对点火过程的影响；认为，火药在点火期间优于受到外热源和火药表面凝聚相化学反应的作用，而使火药表面温度上升从而被点燃。该理论也称为热点火理论。
1.1.2 气相点火理论
该理论认为点火首先发生在气相。热的氧化性气体引起引起燃烧剂组分的初始分解，分解产生的气体扩散到热的氧化性气体中。当它们的温度和浓度达到一定值时便会发生剧烈的化学反应即燃烧，气相反应所放出的热量就导致了火药的点燃。
1.1.3 非均相点火理论
该点火理论认为，某些氧化性气体与推进剂接触时，能引起放热化学反应。反应所产生的热量传到推进剂表面使推进剂点燃。初始的放热反应在不同的相之间发生，相界面上的放热反应供给全部能量，当推进剂表面的温度变化率达到一定数值时，则认为推进剂被点燃。
1.2 新型点火技术
对于传统的点火方式，其点火的同时性、火焰传播的均匀性不能得到有效地控制，可能会造成炸膛等问题。在不断地研究中，人们发明了一些新型的点火方式，它们能够显著地克服传统点火方式的缺点，如等离子体点火[3-6]、激光点火[7]等。
1.2.1 等离子体点火
等离子体点火时，其温度约为20000K。同时其对流传热系数与辐射传热系数较之普通点火方式要大很多，所以其点火延迟时间较短。用等离子体作为火药点火的热源可以实现固体火药点火的同时性和均匀性；还可以对火药的放热反应进行调节，大大提高火药的点火性能。
1.2.2 激光点火
激光点火能有效克服各种意外点火情况，具有良好的电磁兼容性。同时多点点火
技术可以显著提高火药点火的均匀性和同时性从而抑制点火后炮膛产生的异常压力。激光点火系统能很大程度上提高武器系统的作战性能、可靠性以及安全性，是一种安全轻便的点火技术。
1.3 内孔对火药燃烧的影响
根据经典内弹道理论，减面性越大的火药，在燃烧过程的前一阶段放出的气体越多，这对于武器的设计是不利的。管状药具有内孔，虽然是减面燃烧的火药，但是它具有从孔内表面向外的增面燃烧过程。不计由于端面燃烧造成的燃烧面减少，则孔外燃烧面的减少与孔内燃烧面的增加恰好抵消，这样燃烧面始终不变。这就是定面燃烧形状火药，管状药的燃烧接近于定面燃烧。如果在柱形药粒中间开更多的孔，使孔内燃烧面的增加超过孔外燃烧面的增长量，则会形成增面燃烧形状的火药[8]，七孔火药等多孔火药便是如此。
按照几何燃烧定律的观点，多孔火药的孔径越小，长度越大，燃烧增面性应越大。实际上并非如此。对带内孔的火药，孔内生成的燃气使孔内压力升高，孔内与孔外形成压力差。孔内生成的燃气向孔外流动，燃气流动由孔中心处的零速增大到孔口处的最大速度，从而形成侵蚀燃烧[9]。侵蚀燃烧有时反而使多孔火药呈现出减面燃烧特性，这是从密闭爆发器实验中得到的结论。在相同装药量条件下，弧厚相同的多孔药，长径比越大，最大膛压有可能更高。因此多孔火药的长度与孔径的比例必须通过实验进行选择。