金属桥箔阵列电爆炸机理和作用规律研究

It is very helpful for the miniaturization of the in-line initiation and ignition systems by studying the mechanism of the electric explosion of metallic foil and the method of reducing the firing voltage, increasing the energy efficiency. In this project , the array structure of metallic foils proposed is a new way to reduce ignition voltage and improve energy efficiency. The dynamic electrical characteristics will be analyzed by the measured voltage and current of metallic foil array. The spectroscopic techniques of time and space scales will be set up for obtaining the spatial and temporal distribution of the plasmas produced by metallic foil array. The high-speed photography technique will be employed to observe the plasma jet movement and obtain the characteristics and laws of the plasma jet convergence. The calculation model will be studied to calculate the process of metallic foil array exploding, in which the energy deposition and evaporation, ionization and radiation of the plasma, the movement of the plasma and the propagating of the shock wave will be taken into account. The numerical simulation method will be also studied to simulate the whole process of metallic foil array exploding. Finally, the electric explosion mechanism of metallic foil array will be revealed, and the design principles and methods to lower the firing voltage and improve the energy efficiency of the metallic foil will be proposed.

深入认识金属桥箔电爆炸作用机理，研究降低桥箔发火电压、提高能量利用效率的新方法，对解决金属桥箔电爆直列式起爆和点火系统小型化问题具有重要意义。本项目提出采用金属桥箔阵列结构，降低发火电压和提高能量利用效率的技术新途径。通过测量桥箔阵列电爆炸的电流和电压，分析桥箔阵列的动态电学性能特征；研究等离子体光谱时空分辨测量技术，获得桥箔阵列电爆炸中等离子体特征参数的时空分布；采用高速照相法，观测金属桥箔阵列电爆中等离子体流动，获得桥箔阵列中等离子体流叠加汇聚的行为特征和规律。建立考虑桥箔能量沉积和汽化、等离子体电离和辐射、等离子体流动和冲击波传播等过程的金属桥箔阵列电爆炸计算模型，研究金属桥箔阵列电爆炸全过程的数值模拟计算方法。揭示金属桥箔阵列电爆炸机理和作用规律、提出降低发火电压和提高能量利用效率的桥箔设计原则和方法。

本项目为了深入认识金属桥箔电爆炸作用机理，研究降低桥箔发火电压、提高能量利用效率的新方法，解决金属桥箔电爆炸直列式起爆及点火系统小型化技术难题。本项目设计了阵列金属桥箔结构，利用多体阵列桥箔电爆炸等离子体的相互汇聚现象，形成更高密度等离子体流，以此来增强电能吸收，从而提高桥箔爆炸过程中的能量转换效率；建立了桥箔电爆炸等离子体光谱的时空分辨测量方法，获得了桥箔电爆炸等离子体的光谱强度、温度和密度等特征参数在时间和空间上的演化规律；建立了金属阵列桥箔电爆炸等离子体流场的精密实验观测方法，获得了阵列桥箔电爆炸等离子体和冲击波流场的叠加汇聚演化规律；建立了金属桥箔电爆炸数值计算模型，考虑了桥箔在电爆炸过程中的电能沉积，桥箔相变，等离子体形成及运动、电磁辐射等物理过程，计算获得了等离子体流场的特征参数，分析了不同阵列桥箔结构对电爆炸等离子体扩散运动状态和叠加汇聚的影响规律；对阵列桥箔在微通道中的电爆炸过程进行了数值模拟计算，获得了微通道内电爆炸流场的压力、密度、温度、等离子体以及冲击波速度等参数的变化规律，为阵列式桥箔电爆炸等离子体点火和起爆系统的加速膛的参数设计提供了参考；建立了金属阵列桥箔电爆炸等离子体点火的数值模拟计算模型，对不同阵列桥箔电爆炸等离子体点火过程进行了模拟计算，揭示了金属桥箔电爆炸等离子体点火机理，分析了不同结构桥箔对电爆炸等离子体点火效果的影响规律，探索了优化电爆炸等离子体点火效果和提高电爆炸过程能量利用率的方法；对不同结构的金属阵列桥箔进行了电爆炸电测实验，获得了不同结构桥箔电爆炸过程中的动态电学性能特征，分析了放电能量、桥箔尺寸、阵列数量和排列间距等因素对阵列桥箔电爆炸过程中对电能吸收效率的影响规律，获得了提高桥箔电爆炸过程能量利用率的设计原则。