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1.前言 本論文以降低或者消除環(huán)境溫度對(duì)火炮內(nèi)彈道性能的影響為目的,從點(diǎn)傳火對(duì)內(nèi)彈道性能影響的角度出發(fā),提出利用智能點(diǎn)火系統(tǒng)調(diào)整不同環(huán)境下的點(diǎn)火強(qiáng)度從而對(duì)內(nèi)彈道性能調(diào)整的方案。具體內(nèi)容如下:(1)
針對(duì)提出的降低環(huán)境溫度對(duì)火炮內(nèi)彈道性能影響的方案,從理論上驗(yàn)證所提出方案的可行性,建立了中心點(diǎn)火方式下的雙一維兩相流內(nèi)彈道數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行數(shù)值仿真。分析了發(fā)射過(guò)程中點(diǎn)火管內(nèi)與膛內(nèi)各狀態(tài)參量的分布規(guī)律以及膛底和彈底的壓力、彈丸速度、壓力波等主要內(nèi)彈道參量的變化規(guī)律,并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證模型的正確性。與此同時(shí),利用此模型計(jì)算了點(diǎn)火系統(tǒng)中不同因素對(duì)內(nèi)彈道性能的影響,從原理上分析通過(guò)智能點(diǎn)火系統(tǒng)改變點(diǎn)傳火條件可以降低溫度系數(shù)的可行性。(2)
以對(duì)火工品工作性能和工作機(jī)理的分析為基礎(chǔ),對(duì)火工品的選擇進(jìn)行了研究。根據(jù)半導(dǎo)體橋火工品的工作特點(diǎn),分析了半導(dǎo)體橋火工品的傳熱機(jī)制和傳熱過(guò)程,建立了半導(dǎo)體橋強(qiáng)瞬態(tài)點(diǎn)火的數(shù)學(xué)模型,對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行了分析;結(jié)合半導(dǎo)體橋的橋體材料特性,建立了半導(dǎo)體橋生成等離子體過(guò)程中的升溫模型,全面分析了整個(gè)升溫過(guò)程中各種因素對(duì)生成等離子體快慢的影響,并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證比較;基于半導(dǎo)體材料的物理化學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)狀態(tài)隨橋體溫度的變化,建立了電能對(duì)半導(dǎo)體橋作用過(guò)程的分段模型,給出了半導(dǎo)體橋在電能作用下電阻及電導(dǎo)率的變化規(guī)律,分析了橋體動(dòng)態(tài)電阻的變化過(guò)程和現(xiàn)象;從傳熱學(xué)角度出發(fā),以半導(dǎo)體橋的典型基本結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),建立半導(dǎo)體橋在作用過(guò)程中對(duì)電路特性影響的數(shù)學(xué)模型,論證了不同尺寸和構(gòu)造的半導(dǎo)體橋的電特性規(guī)律。(3)
建立了半導(dǎo)體橋作用過(guò)程的物理數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行數(shù)值仿真。以半導(dǎo)體物理基本方程和熱傳導(dǎo)方程為基礎(chǔ)建立半導(dǎo)體橋熔化前的模型,詳細(xì)分析了載流子濃度與溫度之間的關(guān)系及載流子遷移率的確定,并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值模擬,論證了外加電壓對(duì)橋體溫度分布的影響及橋體內(nèi)電子密度的分布等;根據(jù)半導(dǎo)體橋生成等離子體過(guò)程中放電的特點(diǎn),半導(dǎo)體橋生成等離子體的放電過(guò)程可確定為弧光放電,并根據(jù)低能電弧放電原理建立半導(dǎo)體橋放電模型,分析了其放電特性。(4)
以對(duì)所提方案的理論分析和火工品的選擇為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)并制作了以飛思卡爾公司的DZ32單片機(jī)芯片為核心的智能點(diǎn)火系統(tǒng)。此點(diǎn)火系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分,硬件部分分為信號(hào)調(diào)理部分,鍵盤(pán)和顯示部分,與上位機(jī)通信部分,受控點(diǎn)火部分以及控制部分。控制部分完成響應(yīng)鍵盤(pán)指令,進(jìn)行相應(yīng)的顯示,控制點(diǎn)火脈沖實(shí)現(xiàn)可靠點(diǎn)火和接受測(cè)溫回饋信號(hào),并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換、處理和存儲(chǔ)。軟件部分設(shè)計(jì)了單片機(jī)內(nèi)部以及與上位機(jī)通信部分,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和傳送功能。該書(shū)為江蘇高校品牌專(zhuān)業(yè)建設(shè)工程資助項(xiàng)目（TAPP），項(xiàng)目負(fù)責(zé)人朱錫芳，項(xiàng)目編號(hào)：PPZY2015B129，受到常州工學(xué)院“十三五”江蘇省重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目電氣工程重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科、2016年度江蘇省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目特種電機(jī)研究與應(yīng)用重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室的資助。 編者 2017年6月 2.目錄 1緒論(1) 11選題背景和意義(1) 12國(guó)內(nèi)外低溫感裝藥的研究概況(2) 121國(guó)外的研究狀況(2) 122國(guó)內(nèi)的研究狀況(4) 13實(shí)現(xiàn)低溫感裝藥方法的研究現(xiàn)狀(5) 14半導(dǎo)體橋(SCB)點(diǎn)火研究現(xiàn)狀(7) 141國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體橋(SCB)火工品的發(fā)展(7) 142國(guó)內(nèi)外對(duì)半導(dǎo)體橋點(diǎn)火傳熱理論研究(9) 143半導(dǎo)體橋智能點(diǎn)火的研究(10) 15本文的主要工作(12) 2利用點(diǎn)火系統(tǒng)降低溫度系數(shù)理論分析(14) 21點(diǎn)火管內(nèi)燃燒現(xiàn)象的數(shù)值模擬(14) 211物理模型(15) 212數(shù)學(xué)模型(15) 22數(shù)值計(jì)算方法(19) 221差分格式及穩(wěn)定性條件(19) 22.2初始條件(20) 223邊界條件(20) 23數(shù)值模擬結(jié)果與分析(21) 231計(jì)算參數(shù)(21) 232點(diǎn)火管特性的模擬分析(21) 233改變空隙率的數(shù)值模擬(23) 234多點(diǎn)點(diǎn)火方式的數(shù)值模擬(24) 2.4在某口徑火炮中半導(dǎo)體橋點(diǎn)火內(nèi)彈道過(guò)程求解分析(27) 2.4.1物理模型(27) 2.4.2數(shù)學(xué)模型(28) 2.4.3數(shù)值計(jì)算方法(29) 244數(shù)值模擬結(jié)果與分析(31) 2.5點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)內(nèi)彈道性能影響分析(34) 251影響內(nèi)彈道性能的點(diǎn)火因素(34) 252影響內(nèi)彈道性能的點(diǎn)火參數(shù)的分析(36) 2.6本章小結(jié)(41) 3半導(dǎo)體橋作用機(jī)理的研究(43) 31半導(dǎo)體橋的作用原理(43) 311半導(dǎo)體材料的特殊結(jié)構(gòu)及橋體的特性(43) 312半導(dǎo)體橋臨界能量及輸入能量的分析(45) 313半導(dǎo)體橋狀態(tài)的轉(zhuǎn)變及等離子體的產(chǎn)生(47) 32SCB點(diǎn)燃點(diǎn)火藥的傳熱分析(47) 321點(diǎn)火藥熱傳輸機(jī)制的分析(47) 322瞬態(tài)熱傳導(dǎo)(48) 323修正的傅里葉熱傳導(dǎo)模型(50) 324點(diǎn)火藥受熱傳輸機(jī)制數(shù)值分析(51) 33SCB生成等離子體過(guò)程中升溫機(jī)制分析(60) 331SCB受熱升溫的數(shù)值模擬(60) 332不同因素對(duì)橋體升溫性能影響的分析(66) 34外加電路對(duì)SCB特性的影響(66) 341電路對(duì)SCB電阻動(dòng)態(tài)影響的分析(66) 342電路對(duì)SCB電阻動(dòng)態(tài)影響的計(jì)算模型(67) 343數(shù)值模擬結(jié)果與分析(73) 35SCB作用過(guò)程中對(duì)電路特性的影響(74) 351SCB的結(jié)構(gòu)分析(74) 352SCB對(duì)電路影響的模型建立(76) 353數(shù)值模擬結(jié)果與分析(79) 36本章小結(jié)(80) 4半導(dǎo)體橋點(diǎn)火特性的數(shù)值仿真分析(81) 41半導(dǎo)體橋模型的建立(81) 411基本方程(82) 412初始參數(shù)的確定(87) 413初邊界條件的確定(98) 42數(shù)值計(jì)算方法(99) 421方程的離散(100) 422算法的實(shí)現(xiàn)(104) 43數(shù)值模擬結(jié)果和討論(104) 431溫度分布的規(guī)律分析(105) 432電壓與作用時(shí)間的關(guān)系(106) 433電壓與溫度分布的關(guān)系(107) 44SCB電弧放電模型(107) 4.5本章小結(jié)(110) 5半導(dǎo)體橋智能點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(111) 51發(fā)火裝置的研究概述(111) 511半導(dǎo)體橋的結(jié)構(gòu)與制造(112) 512半導(dǎo)體橋的封裝結(jié)構(gòu)(114) 52點(diǎn)火系統(tǒng)的總體構(gòu)成和方案(115) 521點(diǎn)火系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要求(115) 522點(diǎn)火電路方案設(shè)計(jì)(117) 53點(diǎn)火電路硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(119) 531反饋信號(hào)采集的實(shí)現(xiàn)(119) 532信號(hào)調(diào)理電路的硬件設(shè)計(jì)(120) 533采樣觸發(fā)電路設(shè)計(jì)(121) 534控制電路設(shè)計(jì)(122) 535受控點(diǎn)火電路設(shè)計(jì)(126) 536顯示電路設(shè)計(jì)(127) 537鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)(128) 538與上位機(jī)通信部分的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(129) 539印制電路板的設(shè)計(jì)及實(shí)物(130) 54點(diǎn)火電路系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(131) 541單片機(jī)部分的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)(131) 542串口通信中上位機(jī)部分的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)(135) 55本章小結(jié)(136) 6結(jié)束語(yǔ)(137) 61本文主要工作(137) 62本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)(139) 63研究展望(139) 參考文獻(xiàn)（141） |
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