气爆等离子体发生器

【作者】 王刚华； 孟川民； 王翔； 林健宇； 张豪； 刘伟； 黄亚飞； 李剑锋；

【机构】 中国工程物理研究院流体物理研究所；

【摘要】 爆炸等离子体发生器即研究利用炸药爆轰产物推动金属壁快速压缩预充并密封在内部的工质气体,实现气体升温并电离至等离子体状态的过程。其简单的工作过程为:利用炸药爆轰产生的强激波使爆炸室内预先充入有一定初始压力的工质气体(例如氩气)激发,强激波过后,工质的温度、压力和电导率都达到极高的数值,产生高温高压气体,气体在持续的爆轰压力作用以及金属活塞的推动下,持续电离形成等离子体。随着压力的升高,等离子达到爆室与等离子体通道之间隔膜初设的破膜压强,高压力的等离子体胀破隔膜进入加速喷嘴,而后,等离子体经加速喷嘴被加速至超音速状态。然而实际工作过程中,炸药爆炸后铜管管壁与原轴线方向向后形成约13度左右的夹角,其向右推动气体运动的过程是一个类似雪耙的过程,在此期间,膨胀铜管与外套筒接触不紧密可能导致大量气体质量损失。更为重要的是,拐角通道设计是该方案成败的关键,容易导致大部分气体没法进入工作腔体,这些问题不能有效解决将导致最终获得的等离子体很少!为了解决这一问题,大家作了复杂的结构设计,效果没有明确的报道。本文从新的设计思想出发,提出直接使用气体爆炸放能原理产生高温高压等离子体,我们称之为气爆等离子体发生器。这一新方案,利用高压氢氧或者甲烷氧气混合气体反应放能形成高温高压等离子体,具有气体反应自放能、自加热的特点,从而获得的等离子体温度、压力指标有保障,尾段无需复杂的封堵设计,获得等离子体持续时间较长。但是获得的等离子体气体组分比较复杂。更多还原