计算电离种子影响的系统、方法、装置及电子设备与流程

1.本文件涉及电离种子影响技术领域，尤其涉及一种计算电离种子影响的系统、方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.电离种子的添加在一定程度上能显著提高发射药燃气的电离，提高等离子体的生成密度，同时也利于磁场的添加和鞘层的形成。但在提高发射药燃气电离特性上，电离种子的类型和含量对发射药燃气的电离起到了重要作用。因此，电离种子类型和含量对发射药燃气电离生成等离子体的影响规律，是开展磁场控制等离子体减少火炮内膛表面烧蚀研究的关键环节。
3.在火炮发射药上的应用还是处于起步阶段，相关的研究较少。毛保全等分别在单基药，双基药和三基药中添加碳酸钾电离种子，基于化学平衡方程推导燃气电子密度计算公式，通过上述三种火药的燃烧理论计算和对比实验。结果表明：在发射药中添加碳酸钾电离种子能提高发射药燃气电子密度，并且生成等离子体的密度随燃气温度的增加而增加。李晓刚等为研究不同质量分数的电离种子对火药燃烧产物的电子密度和电导率的影响规律，分别向火药中添加了质量分数c＝2％、4％、6％、8％、10％的碳酸钾，火药燃烧生成等离子体的密度和电导率随着碳酸钾含量的增加而增大，但增加趋势会逐渐减小。
4.可见低电离电位的电离种子添加在发射药中能显著提高等离子体的密度，在火炮发射药中只考虑了添加碳酸钾对发射药电离的影响，但电离电位更低的铯元素很少被研究。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种计算电离种子影响的系统、方法、装置及电子设备，该计算电离种子影响的方法能够解决现有技术中无法计算电离种子对发射药电离特性影响的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种计算电离种子影响的方法，所述方法具体包括：
8.s101，在发射药中添加不同类型和不同含量的低电离电位电离种子；
9.s102，以内弹道方程组合和萨哈电离方程为基础，结合发射药在内弹道中的燃烧特性和电离种子电离的特性，数值模拟电离种子在发射药中燃烧电离生成等离子体的规律，构建发射物燃烧热电离模型；
10.s103，通过发射物燃烧热电离模型计算不同电离种子类型对发射药燃气电离特性的影响；
11.s104，通过发射物燃烧热电离模型计算不同电离种子含量对发射药燃气电离特性的影响。
12.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
13.进一步地，所述s102中具体包括：
14.s1021，通过发射药形状函数、发射药燃速方程、变容下发射药燃气状态方程、发射药燃烧推动弹丸运动方程组成内弹道方程组合。
15.进一步地，所述s103具体包括：
16.s1031，计算不同温度下电离种子类型对发射药燃气电离的影响；
17.s1032，计算发射药燃烧时间对不同类型电离种子电离的影响。
18.进一步地，所述s104具体包括；
19.s1041，计算不同温度下电离种子含量对发射药燃气电离的影响；
20.s1042，计算发射药燃烧时间对不同含量电离种子电离的影响。
21.一种计算电离种子影响的系统，包括：
22.以内弹道方程组合和萨哈电离方程为基础，结合发射药在内弹道中的燃烧特性和电离种子电离的特性，数值模拟电离种子在发射药中燃烧电离生成等离子体的规律，构建发射物燃烧热电离模型；
23.所述发射物燃烧热电离模型用于计算电离种子类型对发射药燃气电离特性的影响和电离种子含量对发射药燃气电离特性的影响。
24.进一步地，所述内弹道方程组合包括：发射药形状函数、发射药燃速方程、变容下发射药燃气状态方程和发射药燃烧推动弹丸运动方程。
25.进一步地，所述发射物燃烧热电离模型进一步用于：
26.计算不同温度下电离种子类型对发射药燃气电离的影响；
27.计算发射药燃烧时间对不同类型电离种子电离的影响。
28.进一步地，所述发射物燃烧热电离模型进一步用于：
29.计算不同温度下电离种子含量对发射药燃气电离的影响；
30.计算发射药燃烧时间对不同含量电离种子电离的影响。
31.一种计算电离种子影响的装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现计算电离种子影响方法的步骤。
32.一种电子设备，所述电子设备上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现计算电离种子影响方法的步骤。
33.本发明具有如下优点：
34.本发明的计算电离种子影响的方法，通过在发射药中添加不同类型和不同含量的低电离电位电离种子，数值模拟出在内弹道中发射药燃烧电离影响的因素，探究电离种子添加在发射药中的最佳类型和最佳含量；解决了现有技术中无法计算电离种子对发射药电离特性影响的问题。
附图说明
35.为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明实施例中计算电离种子影响的方法的流程图；
37.图2为本发明实施例中s103的具体流程图；
38.图3为本发明实施例中s104的具体流程图；
39.图4为本发明实施例中碱元素的电离电位示意图；
40.图5为本发明实施例中不同类型电离种子的电离密度随温度变化规律的示意图；
41.图6为本发明实施例中膛内温度随时间变化的曲线图；
42.图7为本发明实施例中不同类型电离种子的电离密度随时间变化规律的示意图；
43.图8为本发明实施例中含电离种子发射药配方示意图；
44.图9为本发明实施例中不同质量分数电离种子的电离密度随温度变化规律的示意图；
45.图10为本发明实施例中不同质量分数电离种子电离密度随时间变化规律的示意图。
具体实施方式
46.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。
47.如图1所示，一种计算电离种子影响的方法，所述方法具体包括：
48.s101，发射药中添加不同类型和不同含量的低电离电位电离种子；
49.本步骤中，在发射药中添加不同类型和不同含量的低电离电位电离种子；
50.s102，构建发射物燃烧热电离模型；
51.本步骤中，以内弹道方程组合和萨哈电离方程为基础，结合发射药在内弹道中的燃烧特性和电离种子电离的特性，数值模拟电离种子在发射药中燃烧电离生成等离子体的规律，构建发射物燃烧热电离模型；
52.构建发射物燃烧热电离模型要做如下假设：
53.(1)、假设发射药燃烧过程中只有电离种子发生电离并且只发生一级电离；
54.(2)、假设燃烧产物是均匀的。
55.发射药燃烧时生成高温高压气体，电离种子在高温下容易热电离，因此采用萨哈方程计算电离密度。
[0056][0057]
式中：n
e
是电子密度，n是电离种子完全电离的密度，2g1/g0离子的简并度，这里可取值为1，m
e
是电子质量，t是气体的温度，e
e
是电离电位。
[0058]
s103，计算不同电离种子类型对发射药燃气电离特性的影响；
[0059]
本步骤中，通过发射物燃烧热电离模型计算不同电离种子类型对发射药燃气电离特性的影响；
[0060]
以某型号发射药为研究对象，取该型号发射药0.1kg，为了比较不同电离种子在高
温燃气作用下的电离特性，分别取硝酸钠、硝酸钾和硝酸铯电离种子质量各1g，将萨哈方程与内弹道方程组结合，在matlab中利用四阶龙格
‑
库塔法计算方程组。碱金属元素电离电位如图4所示。
[0061]
s104，通过发射物燃烧热电离模型计算不同电离种子含量对发射药燃气电离特性的影响。
[0062]
相比于na和k元素，铯元素的电离电位更低，在图5中所示，cs元素相比于其他物质，更易电离，燃烧生成等离子体的密度最大，并且高温下硝酸铯较易热分解，可被作为增电子物质应用于发射药上。在温度达到1700k以上，硝酸铯会被分解，产物全部为气态，并且铯含量会随温度的升高而增加。自由电子主要由铯电离产生，随温度升高自由电子密度迅速增加，当温度达到2000k以上基本上完全分解生成等离子体。
[0063]
因此选择硝酸铯作为电离种子，依旧选取该型号发射药0.1kg，分别在发射药中添加质量分数为1％、2％、4％、6％、8％和10％的电离种子，在matlab中利用四阶龙格
‑
库塔法计算方程组。
[0064]
本步骤中，计算不同电离种子含量对发射药燃气电离特性的影响。
[0065]
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
[0066]
进一步地，所述s102中具体包括：
[0067]
s1021，通过发射药形状函数、发射药燃速方程、变容下发射药燃气状态方程、发射药燃烧推动弹丸运动方程组成内弹道方程组合。
[0068]
取某型号火炮多孔发射药，发射药形状函数如式(2)所示：
[0069]
ψ＝χz(1 λz μz2)
ꢀꢀ
(2)
[0070]
式中，ψ为火药已燃百分数，χ，λ和μ为火药形状特征量，z为火药已燃相对厚度。
[0071]
发射药燃速方程如式(3)所示：
[0072][0073]
式中，u1为正比燃烧定律中的燃速系数，p为压力，e1为1/2火药起始厚度，也称弧厚。
[0074]
由于发射药燃气在药室内做功推动弹丸运动而损失能量，所以发射药的燃气温度降低。变容下发射药燃气状态方程(4)所示：
[0075]
p(v
ψ
sl)＝ωψrt
ꢀꢀ
(4)
[0076]
式中，v
ψ
为药室容积，s为药室截断面积，ω为装药量，l为弹丸行程长。
[0077]
发射药燃烧推动弹丸运动方程如下：
[0078][0079]
式中，为次要功系数，p为平均压力。
[0080]
如图2所示，进一步地，所述s103具体包括：
[0081]
s1031，计算不同温度下电离种子类型对发射药燃气电离的影响；
[0082]
本步骤中，计算不同温度下电离种子类型对发射药燃气电离的影响；
[0083]
在发射药中不添加电离种子时，发射药燃气主要成分是co2、co、h2o和no2等气体，在发射药的燃烧温度下，这些气体只有极少部分电离生成等离子体。在发射药中添加硝酸
钠、硝酸钾和硝酸铯的电离种子，发射药燃气有大量的等离子体，在同一温度下硝酸铯电离种子在发射药中燃烧电离的密度越高，随着温度的升高，电离种子电离的密度也越高，如图5所示。
[0084]
s1032，计算发射药燃烧时间对不同类型电离种子电离的影响。
[0085]
本步骤中，计算发射药燃烧时间对不同类型电离种子电离的影响。
[0086]
发射药在燃烧过程中推动弹丸运动，在变容情况下，发射药在燃烧最开始的0.5ms内，容积内的温度基本维持不变，发射燃烧后，内弹道中膛内温度会随着时间的变化而减小，如图6所示。
[0087]
经模型仿真计算，不同类型电离种子在发射药燃气中电离生成等离子体的密度也有所不同，电离电位越低的电离种子越易电离，生成等离子体密度越大。在发射药燃烧开始阶段，电离种子密度最大，随着发射药燃烧推动弹丸在膛内运动，在很短时间内，电子密度迅速降低直至消失。如图7所示。
[0088]
如图3所示，进一步地，所述s104具体包括；
[0089]
s1041，计算不同温度下电离种子含量对发射药燃气电离的影响；
[0090]
本步骤中，计算不同温度下电离种子含量对发射药燃气电离的影响；
[0091]
电离种子的添加明显提高了发射药燃气的电子密度，随着电离种子含量的增加电子的密度也随之增加，温度越高增加的趋势越明显。随着硝酸铯含量的增加，在高温环境下电离原子量增加，但过多的硝酸铯会影响发射药燃烧的温度。随着温度的升高，电子密度之间变化趋势较缓。如图9所示。
[0092]
s1042，计算发射药燃烧时间对不同含量电离种子电离的影响。
[0093]
本步骤中，计算发射药燃烧时间对不同含量电离种子电离的影响。
[0094]
在发射药中添加不同含量的电离种子，当发射药在膛内燃烧推动弹丸运动，容积在不断变化时，电离种子电离的密度随着时间的推移而减少，在发射药燃烧瞬间，爆温达到最高，随着硝酸铯含量的增加，离子密度也越大，当随着弹丸推进运动，电离种子电离的密度急剧下降直至降为零，电离种子含量越高，电离的离子密度变化越趋近，如图10所示。
[0095]
通过建立火炮发射药燃烧热电离模型，分别针对不同类型和不同含量的电离种子对火炮发射药燃气电离特性影响进行了仿真计算。在一定范围内电离种子的添加显著提高了发射药的电离，电离种子电离的密度随着温度的增加而增加。在相同温度条件下随着电离种子含量的增加，在一定范围内电离种子的电离密度也越大。发射药在最开始燃烧阶段，温度最高，同时电离种子迅速分解电离，电子密度达到最大，在0～0.5ms内等离子体密度基本维持不变，随着时间推移等离子体密度急剧下降直至降为零。
[0096]
一种计算电离种子影响的系统，包括：
[0097]
以内弹道方程组合和萨哈电离方程为基础，结合发射药在内弹道中的燃烧特性和电离种子电离的特性，数值模拟电离种子在发射药中燃烧电离生成等离子体的规律，构建发射物燃烧热电离模型；
[0098]
所述发射物燃烧热电离模型用于计算电离种子类型对发射药燃气电离特性的影响和电离种子含量对发射药燃气电离特性的影响。
[0099]
进一步地，所述内弹道方程组合包括：发射药形状函数、发射药燃速方程、变容下发射药燃气状态方程和发射药燃烧推动弹丸运动方程。
[0100]
进一步地，所述发射物燃烧热电离模型进一步用于：
[0101]
计算不同温度下电离种子类型对发射药燃气电离的影响；
[0102]
计算发射药燃烧时间对不同类型电离种子电离的影响。
[0103]
进一步地，所述发射物燃烧热电离模型进一步用于：
[0104]
计算不同温度下电离种子含量对发射药燃气电离的影响；
[0105]
计算发射药燃烧时间对不同含量电离种子电离的影响。
[0106]
一种计算电离种子影响的装置，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现计算电离种子影响方法的步骤。
[0107]
一种电子设备，所述电子设备上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现计算电离种子影响方法的步骤。
[0108]
该计算电离种子影响的系统使用过程如下：
[0109]
使用时，在发射药中添加不同类型和不同含量的低电离电位电离种子；以内弹道方程组合和萨哈电离方程为基础，结合发射药在内弹道中的燃烧特性和电离种子电离的特性，数值模拟电离种子在发射药中燃烧电离生成等离子体的规律，构建发射物燃烧热电离模型；计算不同电离种子类型对发射药燃气电离特性的影响；计算不同电离种子含量对发射药燃气电离特性的影响。
[0110]
需要说明的是，本说明书中关于存储介质的实施例与本说明书中关于基于区块链的服务提供方法的实施例基于同一发明构思，因此该实施例的具体实施可以参见前述对应的基于区块链的服务提供方法的实施，重复之处不再赘述。
[0111]
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
[0112]
在20世纪30年代，对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进(例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进)还是软件上的改进(对于方法流程的改进)。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件(programmable logic device，pld)(例如现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga))就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片pld上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器(logic compiler)”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言(hardware description language，hdl)，而hdl也并非仅有一种，而是有许多种，如abel(advanced boolean expression language)、ahdl(altera hardware description language)、confluence、cupl(cornell university programming language)、hdcal、jhdl
(java hardware description language)、lava、lola、myhdl、palasm、rhdl(ruby hardware description language)等，目前最普遍使用的是vhdl(very
‑
high
‑
speed integrated circuit hardware description language)与verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。
[0113]
控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：arc 625d、atmel at91sam、microchip pic18f26k20以及silicone labs c8051f320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
[0114]
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
[0115]
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书实施例时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
[0116]
本领域内的技术人员应明白，本说明书一个或多个实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0117]
本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0118]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0119]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0120]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0121]
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。内存是计算机可读介质的示例。
[0122]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd
‑
rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0123]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0124]
本说明书一个或多个实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书的一个或多个实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
[0125]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0126]
以上所述仅为本文件的实施例而已，并不用于限制本文件。对于本领域技术人员来说，本文件可以有各种更改和变化。凡在本文件的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本文件的权利要求范围之内。