含能材料激光点火性能研究

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1、第!"卷第#期兵工学报-./0!"+.0#!$$!年!月%&’%%()%)*+’%(,,1230!$$!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!含能材料激光点火性能研究张小兵袁亚雄任如海（南京理工大学动力工程学院，江苏南京，!#$$45）摘要研究了包括不同粒径黑火药、烟火剂、发射药等含能材料在激光作用下的点火性能，测量了相应的点火延迟时间，并进行了分析。建立了含能材料在强瞬态激光脉冲作用下点火的数学物理模型，并进行了数值仿真。关键词激光点火；含能材料；实验；数值分析中图分类号’6$#!0#近年来国内外的

2、弹道工作者提出了许多尽量避少。实验时用大功率+DEF%G脉冲可调激光器（波免局部点火的新型点传火概念（如激光点火、新型电长#0$C）产生的激光，通过光纤作用于样品架上!H点火、等离子点火、网络点火及7-8新型点火管$I>J松散的含能材料，通过调整激光器的工作电压等［#］），理论上都能降低点火延迟，尽量避免局部点以及光学滤光镜来调整激光能量的，而重复率（每秒火，对新一代火炮的设计有实际意义。由于激光器产生脉冲的次数）、脉冲宽度以及调制频率（改变子成本低，又具有单色性好、输出功率高、光分散小、能脉冲的峰值功率）是直接通过激光器调节的。通过量集中及在传输过程中不易衰减等特点，因此以美光电倍增管

3、由存储式示波器记录激光脉冲作用于含国为代表的一些国家投入了大量的精力进行激光点能材料之后，含能材料着火发光的信号。典型的记火的研究［!］。&.9:%［5］，1.;<9=*［>］等对黑火药和录曲线如图#0#所示。图中水平线是光信号的基准发射药的点传火性能进行过详细的研究，=?;;.@A%线，起始阶段的小峰是激光脉冲信号，它代表激光点［"，C］等人已在坦克炮和榴弹炮上成功进行过点传B火作用的开始，后面的曲线上升才是含能材料着火火实验。的过程。从激光开始作用到含能材料着火产生光信在大口径炮上有应用前景的激光器是固体激光号的这段时间称为点火延迟。图#0!K图#I5为实器（+DEF%G、+DEG/

4、?AA），其体积小，性能可靠，寿命验结果曲线。长且造价便宜，易于通过较便宜的、耐用的熔硅光纤进行远距离传输。本文主要研究不同粒径黑火药、烟火剂、单基发射药、双基发射药以及三基发射药在改变+DEF%G激光器能量，光斑直径，脉冲宽度，重复率以及调制频率的情况下研究它们的着火性能；同时建立了强瞬态激光点火过程的数学物理模型，并进行了数值仿真，分析了不同因素对点火过程的影响。!激光与含能材料相互作用特性实验研究实验的目的是为了研究不同含能材料在不同激图#0#含能材料着火发光信号曲线光器参数时，是否能点着，若能着火，点火延迟是多1LJ0#0#7MHL:.MAALJ:?/.NO;.O2//?:PLJ

5、:LPL.:!$$#年!月收稿，!$$#年##月定稿。#9兵工学报第#4卷（!）激光能量对点火延迟的影响但单个脉冲的总能量反而会下降。实验表明：加入激光能量对点火延迟有强烈的影响，当能量增调制后，点火延迟会下降，但调制频率继续增加就不大时，点火延迟很快下降。当激光能量太小时，含能会再有效果，如图!"9所示。材料在一个脉冲内就不会点着。实验结果如图!"#表!"!颗粒尺寸对点火延迟的影响所示。:.;"!"!’(()*+,(5.0+%*-)/%<),1%&1%+%,13)-.2点火药点火延迟=>/大粒黑!#"##?小粒黑@"A!?小粒黑9"B烟火剂9"A图!"#激光能量对点火延迟的影响$%&"

6、!"#’(()*+,(-./)0)1)0&2,1%&1%+%,13)-.2（#）脉冲宽度对点火延迟的影响图!"9调制频率对点火延迟的影响当激光功率不变时，随着脉冲宽度的增加，一个$%&"!"9’(()*+,(>,36-.+%,1(0)C6)1*2,1脉冲激光能量就会增加。在实验范围内，含能材料%&1%+%,13)-.2都能着火，但随着脉冲宽度的增加，点火延迟慢慢就会趋于定值。这是因为当某种含能材料的点火延迟（B）不同含能材料的点火性能为!3时，如果激光脉冲的宽度大于!3时，实际上含通过实验发现，不同粒径黑火药、烟火剂在激光能材料在该时刻就已经着火。典型的实验曲线如图器输出特性变化的情况下

7、基本都能在一个脉冲内着!"4所示。火，而且点火延迟的可重复性相当好，只是点火延迟从几毫秒变化到几十毫秒。而发射药（含单基（@=D）、双基（双芳E4）、三基药（太根））在单个脉冲的输出能量为!"B@F，脉冲宽度为9>/时，在一个脉冲内都不能着火。如果重复率为每秒一次时，采用秒表计时，4=!枪药在经过两个脉冲后可以着火。双芳E4火药约需要4A/才可以着火。@=D单基药大约B/左右着火，而十九孔太根药和高氮量单基药在每秒一次的重复率时，连