半导体智能点火与内弹道性能控制研究
发布时间：2024-03-02 02:22
本论文以降低或者消除环境温度对火炮内弹道性能的影响为目的,从点传火对内弹道性能影响的角度出发,提出利用智能点火系统调整不同环境下的点火强度从而对内弹道性能调整的方案。具体内容如下： (1)针对提出的降低环境温度对火炮内弹道性能影响的方案,从理论上验证所提出方案的可行性,建立了中心点火方式下的双一维两相流内弹道数学模型并进行数值仿真。分析了发射过程中点火管内与膛内各状态参量的分布规律以及膛底和弹底的压力、弹丸速度、压力波等主要内弹道参量的变化规律,并与实验数据进行对比验证模型的正确性。与此同时,利用此模型计算了点火系统中不同因素对内弹道性能的影响,从原理上分析通过智能点火系统改变点传火条件可以降低温度系数的可行性。 (2)以对火工品工作性能和工作机理的分析为基础,对火工品的选择进行了研究。根据半导体桥火工品的工作特点,分析了半导体桥火工品的传热机制和传热过程,建立了半导体桥强瞬态点火的数学模型,对其作用机理进行了分析；结合半导体桥的桥体材料特性,建立了半导体桥生成等离子体过程中的升温模型,全面分析了整个升温过程中各种因素对生成等离子体快慢的影响,并与实验数据进行验证比较；基于半导体材料的...
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
主要符号表
1 绪论
1.1 选题背景和意义
1.2 国内外低温感装药的研究概况
1.2.1 国外的研究状况
1.2.2 国内的研究状况
1.3 实现低温感装药方法的研究现状
1.4 半导体桥(SCB)点火研究现状
1.4.1 国内外半导体桥(SCB)火工品的发展
1.4.2 国内外对半导体桥点火传热理论研究
1.4.3 半导体桥智能点火的研究
1.5 本文的主要工作
2 利用点火系统降低温度系数理论分析
2.1 点火管内燃烧现象的数值模拟
2.1.1 物理模型
2.1.2 数学模型
2.1.2.1 基本假设
2.1.2.2 基本方程
2.1.2.3 辅助方程
2.2 数值计算方法
2.2.1 差分格式及稳定性条件
2.2.2 初始条件
2.2.3 边界条件
2.3 数值模拟结果与分析
2.3.1 计算参数
2.3.2 点火管特性的模拟分析
2.3.3 改变空隙率的数值模拟
2.3.4 多点点火方式的数值模拟
2.3.4.1 两端点火方式下点火管内现象分析
2.3.4.2 中间点火方式下点火管内现象分析
2.3.4.3 多点点火方式下点火管内现象分析
2.4 在某口径火炮中半导体桥点火内弹道过程求解分析
2.4.1 物理模型
2.4.2 数学模型
2.4.2.1 火炮膛内流动控制方程
2.4.2.2 辅助方程
2.4.2.3 点火管守恒方程
2.4.3 数值计算方法
2.4.3.1 数值差分格式
2.4.3.2 初始条件
2.4.3.3 边界条件
2.4.3.4 滤波和守恒性检查
2.4.3.5 网格生成及合并
2.4.4 数值模拟结果与分析
2.4.4.1 计算参数
2.4.4.2 全面点火前期内弹道各状态参量的分布
2.4.4.3 全面点火后期内弹道各状态参量的分布
2.4.4.4 压力、速度及压力波分布
2.5 点火系统对内弹道性能影响分析
2.5.1 影响内弹道性能的点火因素
2.5.1.1 点火管的几何因素
2.5.1.2 点火药的理化因素
2.5.2 影响内弹道性能的点火参数的分析
2.5.2.1 点火管结构的影响
2.5.2.2 点火猛度的影响
2.5.2.3 点火药不均匀装填的影响
2.5.2.4 点火管内点火位置的影响
2.5.2.5 多点点火的影响
2.6 本章小结
3 半导体桥作用机理的研究
3.1 半导体桥的作用原理
3.1.1 半导体材料的特殊结构及桥体的特性
3.1.2 半导体桥临界能量及输入能量的分析
3.1.3 半导体桥状态的转变及等离子体的产生
3.2 SCB点燃点火药的传热分析
3.2.1 点火药热传输机制的分析
3.2.2 瞬态热传导
3.2.3 修正的傅立叶热传导模型
3.2.4 点火药受热传输机制数值分析
3.2.4.1 SCB的强瞬态点火模型
3.2.4.2 数值计算方法
3.2.4.3 数值模拟结果与分析
3.3 SCB生成等离子体过程中升温机制分析
3.3.1 SCB受热升温的数值模拟
3.3.1.1 升温模型的建立
3.3.1.2 数值计算方法
3.3.1.3 数值模拟结果与分析
3.3.2 不同因素对桥体升温性能影响的分析
3.4 外加电路对SCB特性的影响
3.4.1 电路对SCB电阻动态影响的分析
3.4.2 电路对SCB电阻动态影响的计算模型
3.4.2.1 电路对桥体初始加热阶段
3.4.2.2 电路对桥体熔化加热阶段
3.4.2.3 电路对桥体汽化加热及等离子体阶段
3.4.2.4 电路对桥体影响的计算结果
3.4.3 数值模拟结果与分析
3.5 SCB作用过程中对电路特性的影响
3.5.1 SCB的结构分析
3.5.2 SCB对电路影响的模型建立
3.5.3 数值模拟结果与分析
3.6 本章小结
4 半导体桥点火特性的数值仿真分析
4.1 半导体桥模型的建立
4.1.1 基本方程
4.1.1.1 泊松方程
4.1.1.2 电流连续方程
4.1.1.3 热传导方程
4.1.2 初始参数的确定
4.1.2.1 初始载流子的浓度
4.1.2.2 载流子迁移率的确定
4.1.2.3 载流子的产生和复合
4.1.3 初边界条件的确定
4.1.3.1 初始条件
4.1.3.2 边界条件
4.2 数值计算方法
4.2.1 方程的离散
4.2.1.1 研究区域的处理
4.2.1.2 数值差分格式
4.2.1.3 初边界条件的处理
4.2.2 算法的实现
4.3 数值模拟结果和讨论
4.3.1 温度分布的规律分析
4.3.2 电压与作用时间的关系
4.3.3 电压与温度分布的关系
4.4 SCB电弧放电模型
4.5 本章小结
5 半导体桥智能点火系统的设计
5.1 发火装置的研究概述
5.1.1 半导体桥的结构与制造
5.1.1.1 半导体桥的形状
5.1.1.2 半导体桥的结构
5.1.1.3 半导体桥的制造过程
5.1.2 半导体桥的封装结构
5.2 点火系统的总体构成和方案
5.2.1 点火系统的总体结构及设计要求
5.2.2 点火电路方案设计
5.2.2.1 硬件方案设计
5.2.2.2 软件方案设计
5.3 点火电路硬件设计与实现
5.3.1 反馈信号采集的实现
5.3.2 信号调理电路的硬件设计
5.3.2.1 信号调理的目的
5.3.2.2 信号调理电路的硬件设计
5.3.3 采样触发电路设计
5.3.4 控制电路设计
5.3.5 受控点火电路设计
5.3.6 显示电路设计
5.3.7 键盘电路设计
5.3.8 与上位机通讯部分的硬件设计与实现
5.3.9 印制电路板的设计及实物
5.4 点火电路系统的软件设计与实现
5.4.1 单片机部分的软件设计和实现
5.4.1.1 LCD显示及键盘部分的程序设计
5.4.1.2 串口通讯下位机的程序设计
5.4.2 串口通讯中上位机部分的软件设计和实现
5.5 本章小结
6 结束语
6.1 本文主要工作
6.2 本文主要创新点
6.3 研究展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3916180
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【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
主要符号表
1 绪论
1.1 选题背景和意义
1.2 国内外低温感装药的研究概况
1.2.1 国外的研究状况
1.2.2 国内的研究状况
1.3 实现低温感装药方法的研究现状
1.4 半导体桥(SCB)点火研究现状
1.4.1 国内外半导体桥(SCB)火工品的发展
1.4.2 国内外对半导体桥点火传热理论研究
1.4.3 半导体桥智能点火的研究
1.5 本文的主要工作
2 利用点火系统降低温度系数理论分析
2.1 点火管内燃烧现象的数值模拟
2.1.1 物理模型
2.1.2 数学模型
2.1.2.1 基本假设
2.1.2.2 基本方程
2.1.2.3 辅助方程
2.2 数值计算方法
2.2.1 差分格式及稳定性条件
2.2.2 初始条件
2.2.3 边界条件
2.3 数值模拟结果与分析
2.3.1 计算参数
2.3.2 点火管特性的模拟分析
2.3.3 改变空隙率的数值模拟
2.3.4 多点点火方式的数值模拟
2.3.4.1 两端点火方式下点火管内现象分析
2.3.4.2 中间点火方式下点火管内现象分析
2.3.4.3 多点点火方式下点火管内现象分析
2.4 在某口径火炮中半导体桥点火内弹道过程求解分析
2.4.1 物理模型
2.4.2 数学模型
2.4.2.1 火炮膛内流动控制方程
2.4.2.2 辅助方程
2.4.2.3 点火管守恒方程
2.4.3 数值计算方法
2.4.3.1 数值差分格式
2.4.3.2 初始条件
2.4.3.3 边界条件
2.4.3.4 滤波和守恒性检查
2.4.3.5 网格生成及合并
2.4.4 数值模拟结果与分析
2.4.4.1 计算参数
2.4.4.2 全面点火前期内弹道各状态参量的分布
2.4.4.3 全面点火后期内弹道各状态参量的分布
2.4.4.4 压力、速度及压力波分布
2.5 点火系统对内弹道性能影响分析
2.5.1 影响内弹道性能的点火因素
2.5.1.1 点火管的几何因素
2.5.1.2 点火药的理化因素
2.5.2 影响内弹道性能的点火参数的分析
2.5.2.1 点火管结构的影响
2.5.2.2 点火猛度的影响
2.5.2.3 点火药不均匀装填的影响
2.5.2.4 点火管内点火位置的影响
2.5.2.5 多点点火的影响
2.6 本章小结
3 半导体桥作用机理的研究
3.1 半导体桥的作用原理
3.1.1 半导体材料的特殊结构及桥体的特性
3.1.2 半导体桥临界能量及输入能量的分析
3.1.3 半导体桥状态的转变及等离子体的产生
3.2 SCB点燃点火药的传热分析
3.2.1 点火药热传输机制的分析
3.2.2 瞬态热传导
3.2.3 修正的傅立叶热传导模型
3.2.4 点火药受热传输机制数值分析
3.2.4.1 SCB的强瞬态点火模型
3.2.4.2 数值计算方法
3.2.4.3 数值模拟结果与分析
3.3 SCB生成等离子体过程中升温机制分析
3.3.1 SCB受热升温的数值模拟
3.3.1.1 升温模型的建立
3.3.1.2 数值计算方法
3.3.1.3 数值模拟结果与分析
3.3.2 不同因素对桥体升温性能影响的分析
3.4 外加电路对SCB特性的影响
3.4.1 电路对SCB电阻动态影响的分析
3.4.2 电路对SCB电阻动态影响的计算模型
3.4.2.1 电路对桥体初始加热阶段
3.4.2.2 电路对桥体熔化加热阶段
3.4.2.3 电路对桥体汽化加热及等离子体阶段
3.4.2.4 电路对桥体影响的计算结果
3.4.3 数值模拟结果与分析
3.5 SCB作用过程中对电路特性的影响
3.5.1 SCB的结构分析
3.5.2 SCB对电路影响的模型建立
3.5.3 数值模拟结果与分析
3.6 本章小结
4 半导体桥点火特性的数值仿真分析
4.1 半导体桥模型的建立
4.1.1 基本方程
4.1.1.1 泊松方程
4.1.1.2 电流连续方程
4.1.1.3 热传导方程
4.1.2 初始参数的确定
4.1.2.1 初始载流子的浓度
4.1.2.2 载流子迁移率的确定
4.1.2.3 载流子的产生和复合
4.1.3 初边界条件的确定
4.1.3.1 初始条件
4.1.3.2 边界条件
4.2 数值计算方法
4.2.1 方程的离散
4.2.1.1 研究区域的处理
4.2.1.2 数值差分格式
4.2.1.3 初边界条件的处理
4.2.2 算法的实现
4.3 数值模拟结果和讨论
4.3.1 温度分布的规律分析
4.3.2 电压与作用时间的关系
4.3.3 电压与温度分布的关系
4.4 SCB电弧放电模型
4.5 本章小结
5 半导体桥智能点火系统的设计
5.1 发火装置的研究概述
5.1.1 半导体桥的结构与制造
5.1.1.1 半导体桥的形状
5.1.1.2 半导体桥的结构
5.1.1.3 半导体桥的制造过程
5.1.2 半导体桥的封装结构
5.2 点火系统的总体构成和方案
5.2.1 点火系统的总体结构及设计要求
5.2.2 点火电路方案设计
5.2.2.1 硬件方案设计
5.2.2.2 软件方案设计
5.3 点火电路硬件设计与实现
5.3.1 反馈信号采集的实现
5.3.2 信号调理电路的硬件设计
5.3.2.1 信号调理的目的
5.3.2.2 信号调理电路的硬件设计
5.3.3 采样触发电路设计
5.3.4 控制电路设计
5.3.5 受控点火电路设计
5.3.6 显示电路设计
5.3.7 键盘电路设计
5.3.8 与上位机通讯部分的硬件设计与实现
5.3.9 印制电路板的设计及实物
5.4 点火电路系统的软件设计与实现
5.4.1 单片机部分的软件设计和实现
5.4.1.1 LCD显示及键盘部分的程序设计
5.4.1.2 串口通讯下位机的程序设计
5.4.2 串口通讯中上位机部分的软件设计和实现
5.5 本章小结
6 结束语
6.1 本文主要工作
6.2 本文主要创新点
6.3 研究展望
致谢
参考文献
附录
本文编号：3916180
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