レーザ点火システム実現のための着火現象物理モデルの構築

构建点火现象物理模型实现激光点火系统

基本信息

批准号：
22K14425
负责人：
松井康平
金额：
$ 3万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

近年レーザ発振器の小型化に伴い，申請者は従来の点火器にとってかわる技術としてレーザ点火システムを提案している．レーザ点火システムを用いることで電気的外乱による誤作動を防止することが可能となり，本質的に安全な点火システムを構築できる．そのためには火薬のレーザ着火特性を明らかにする必要がある.そのアプローチとして,様々な条件におけるレーザ着火現象を再現できる物理モデルを構築することを目的としている.2022年度は低温状態における火薬のレーザ着火特性を取得することを目的として,440nmの半導体レーザを使用し,3.2 mm×2.0 mm のボロン硝酸カリウム点火薬をペルチェ素子で-40℃まで冷却することができる実験系にて,フォトセンサおよび高速度カメラによる着火遅れを取得した.常温条件と比較して,低温での条件では着火遅れが大きくなることと,着火遅れのばらつきが大きくなるという結果が得られた. また,着火温度を放射温度計で測定するために火薬の放射率を測定する予備試験を実施した.　予備試験では火薬をヒータで加熱し,放射温度計と熱電対にて火薬表面を同時に温度測定することで放射率を測定した.実験による着火遅れを再現するために,火薬の比熱・熱伝導率・密度の温度による変化を組み込んだ,3次元軸対称熱伝導方程式を解く,数値計算コードを構築した. 着火遅れは計算と実験でオーダーでは一致するものの倍半程度の乖離がみられ,今後は発煙などの効果も加味して計算モデルを改良する.

随着激光振荡器的最新微型化，申请人提出了一个激光点火系统，以替代常规点火设备。使用激光点火系统可以预防由于电动干扰而导致的故障，从而允许固有的安全点火系统。为此，有必要澄清爆炸物的激光点火特性。这种方法的目的是构建一个可以在各种条件下重现激光点火现象的物理模型。在2022财年，为了在低温条件下获得爆炸物的激光点火特性，我们使用了440 nm的半导体激光器，并使用3.2 mm x 2.0 mm x 2.0 mm的硝酸硼硼钾点火粉末用于-40°C，并通过Peltier元素进行点火元件，并通过peltier元件进行点火范围，并通过照相摄像机和高音传感器和高音传感器。与室温条件相比，在低温条件下的点火延迟更大，辐射延迟更大。此外，进行了初步测试，以使用辐射温度计测量点火温度。在初步测试中，用加热器加热爆炸物，并使用辐射温度计和热电偶同时测量爆炸性表面的温度。为了重现实验引起的点火延迟，构建了数值计算代码来求解3D轴对称热传导方程，该方程在特定的热量，热导率和爆炸性的密度中都有变化，并涉及温度变化。发现点火延迟大约是计算和实验之间的顺序大约的两倍，并且将来，通过考虑烟雾和其他因素的影响，将改善计算模型。