CN110198590A

CN110198590A - 磁控等离子体鞘层特性研究方法

Info

Publication number: CN110198590A
Application number: CN201910559102.XA
Authority: CN
Inventors: 毛保全; 白向华; 李程; 杨雨迎; 宋瑞亮; 王之千; 朱锐; 张天意
Original assignee: Academy of Armored Forces of PLA
Current assignee: Academy of Armored Forces of PLA
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2019-09-03
Anticipated expiration: 2039-06-26
Also published as: CN110198590B

Abstract

本发明公开了磁控等离子体鞘层特性研究方法，属于磁约束等离子体鞘层领域，包括以下步骤：S1：产生等离子体，温度高达3000～4000k；S2：电磁线圈电流的加载；S3：产生感应电场，外加磁场产生激励电场，电场对粒子的加速效应可使高温燃气中初始的电子形成雪崩电离效应；S4:形成磁约束等离子体鞘层；S5：磁约束等离子体鞘层的隔热效应；S6：磁约束等离子体鞘层抑制动力学热流密度。该磁控等离子体鞘层特性研究方法，施加平行磁场后带电粒子的运动将变成绕磁力线的回旋运动，降低了等离子体横越磁场传递的热流密度，由于燃气传递的热流密度下降，内壁面的温升也随之下降，从而提高身管抗热烧蚀的能力，提高使用寿命。

Description

磁控等离子体鞘层特性研究方法

技术领域

本发明涉及磁约束等离子体鞘层领域，具体为磁控等离子体鞘层特性研究方法。

背景技术

等离子体是由在高温或者特定激励下部分原子或分子被激发产生的正负离子组成的离子化气体状物质，是除去固态、液态、气态外，物质存在的第四种状态，在火炮发射时，火药气体会发生电离形成等离子体，项目组在常规火炮身管外壁施加一个平行于身管轴向的磁场，使得等离子体中的电子、带电离子被约束在身管内壁，从而形成一个非电中性区域，这个区域就是磁约束等离子体鞘层，磁约束等离子体鞘层的形成取决于等离子体的产生和磁场的瞬态作用。

身管发射时，其内部的燃气在热膨胀过程中，气体沿着身管的定向流动速度大于声速，其马赫数约为M＝1.2，超过声速，燃气在热膨胀过程中，由于激波的产生使得部分气体膨胀动能成气体加热的热能，使得激波截面处的燃气密度增加、温度升高，造成燃气的能量向身管壁传递，这种激波由于其高密度、高温的特点在管壁中前部向身管传递更多的热量及更高的高压，易造成管壁中前部烧蚀。

发明内容

本发明的目的在于提供磁控等离子体鞘层特性研究方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：磁控等离子体鞘层特性研究方法，包括以下步骤：

S1：产生等离子体，身管发射时其内部径向膛压高达400MPa，温度高达3000～4000k；

S2：电磁线圈电流的加载；

S3：产生感应电场，外加磁场产生激励电场，电场对粒子的加速效应可使高温燃气中初始的电子形成雪崩电离效应；

S4:形成磁约束等离子体鞘层；

S5：磁约束等离子体鞘层的隔热效应；

S6：磁约束等离子体鞘层抑制动力学热流密度。

优选的，在S1中，身管面对高温高压气体的身管壁材料其抗压性是抵抗其一半的膛压200MPa，另外的200MPa膛压是通过材料磁场分散到身管外层材料上。

优选的，在S2中，电磁线圈的加载采用陡峭脉冲前沿的加电方式，让电磁线圈上的电流形成陡峭的上升前沿，在10ns的时间里从零上升到1000A，导致线圈产生的磁场从零在10ns的时间里上升到0.2T。

优选的，在S3中，电磁线圈经过10ns的感应角向电场的加速，使得身管内燃烧气体出现2％的电离，电离产生的等离子体电子密度约为身管燃气密度的2％，电子平均温度约为10eV，电子在平均磁场0.1T中的回旋半径约为17μs，而离子的回旋半径约为2mm。

优选的，在S4中，等离子体鞘层随时间快速变化的磁场在身管内产生角向感应电场，角向感应电场加速初始电子达到20eV的动能并与中性燃气分子碰撞产生雪崩电离。

优选的，在S5中，在身管材料的导热性能不变的情况下，被发射身管发射药燃气的高温高压性能不变，由于磁约束等离子体鞘层的应用，使得燃气向身管内壁传递的热流密度降低33％，身管内壁炮钢材料的温度约降低约30％。

优选的，在S6中，身管内发射药的燃烧过程中，燃料在迅速燃烧过程中释放大量的热量并伴随着有些大分子通过氧化分解成小分子，使得燃气分子温度升高、分子数密度增加形成***过程，***点处燃气分子急速膨胀，推动外层气体沿着身管轴向外运动，外部气体受到***点气体的推动而出现压缩现象。

优选的，燃料在燃烧过程中，高温燃气的动压动能将有部分转化成***低温气体的热能，这部分被转化成***气体热能的能量降低了被发射物体发射药的发射效率，也就是发射药所含有的化学能，转化成发射被发射物体的动能比。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在传统流体力学的基础上，将洛伦兹力和焦耳热分别加入到动量和能量守恒方程中，构建了磁约束等离子体射流热磁耦合模型，研究结果表明：施加平行磁场后带电粒子的运动将变成绕磁力线的回旋运动，降低了等离子体横越磁场传递的热流密度，由于燃气传递的热流密度下降，内壁面的温升也随之下降，从而提高身管抗热烧蚀的能力，提高使用寿命。

附图说明

图1为本发明的整体流程图。

具体实施方式

下面将对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：磁控等离子体鞘层特性研究方法，包括以下步骤：

S1：产生等离子体，发射时其内部径向膛压高达400MPa，温度高达3000～4000k，高温高压气体对管道材料的形变磨损较为严重，通过高韧性超轻质主动热防护材料的应用，面对高温高压气体的身管壁材料其抗压性并不需要抵抗400MPa的总膛压，而是抵抗其一半的膛压200MPa，另外的200MPa膛压是通过材料磁场分散到身管外层材料上，从而大幅降低身管的损伤，同时对身管壁材料的机械性能需求降低；

假设被发射物体在发射时，其身管内的压力达到400MPa，身管内径约为120mm，截面积约为：

S＝0.25πD²＝0.25×3.14×(0.12)²＝1.13×10^-2(m²)

发射气体的总推力：

F＝PS＝400×10⁶×1.13×10^-2＝4.522×10⁶(N)

被发射物体的重量约为10kg，发射药对被发射物体的加速度约为：

身管的长度约为5m，被发射物体从在身管内的加速时间约为：

被发射物体出口速度约为：

V_t＝at＝4.52×10⁵×4.7×10^-3＝2124(ms^-1)

而实际被发射物体出膛初速度约为1800ms-1，这是由于发射气体在身管内燃烧、气体膨胀造成压力减弱，燃气的推力不是恒定的，被发射物体与身管间存在阻力，造成出口速度达不到理想速度，假设发射药在弹壳内充分燃烧，形成高温、高压气体，随着被发射物体战斗部沿着身管向外运动，气体的密度逐渐下降，压力逐渐减弱，在400MPa，4000k高温高压下，身管内的气体密度约为：

处于热平衡分布的部分高能粒子相互碰撞，使极少部分的气体分子产生电离，电子的温度约为1eV，而离子的温度由于其碰撞截面较大，离子、分子间能量交换效率高而处于中性粒子温度，4000K，0.4eV，这部分电离的等离子体对身管的热效应几乎可以忽略不计，发射药燃烧产生的高温高压气体向身管壁传递的热流密度(单位时间，单位面积上传递的热量)：

其中n_o、T_o是身管内发射药燃烧气体的密度和温度，P是管壁内的总压力，k是玻耳兹曼常数，m_a是燃气分子的加权平均质量，假设：

m_a＝20×1.67×10^-27＝3.34×10^-26(kg)

在高温高压燃气中声速：

燃气在热膨胀过程中，气体沿着身管的定向流动速度大于声速，其马赫数约为M＝1.2，超过声速，燃气在热膨胀过程中，由于激波的产生使得部分气体膨胀动能成气体加热的热能，使得激波截面处的燃气密度增加、温度升高，造成燃气的能量向身管壁传递，这种激波由于其高密度、高温的特点在管壁中前部向身管传递更多的热量及更高的高压，易造成管壁中前部烧蚀；

平均条件下，400MPa、4000k的燃气向身管壁传递的热流，约为：

如果由于激波形成，则激波面后的密度增加约1倍，温度升高50％，则热流密度增加3倍，抑制身管内热碰撞激波的形成是降低身管热烧蚀的重要措施之一，磁约束等离子体管技术可以起到降低***激波的马赫数，减轻发射气体的能量通过激波加热燃气向身管传递，线圈上电流从被发射物体发射药点火开始，从零增加到1000A，周期约为0.01ms，在身管内形成轴向磁场，磁场从零在0.01μs内上升到2000Gs，

由于法拉第电磁感应定律：

螺线管电磁线圈产生的磁场是Z方向，随着时间增加的磁场在身管内产生的感应电场，在柱坐标系中是角向，身管的内半径是Ro，沿身管的内环线积分：

E_θ(r＝R_o)＝-10⁷R_o(Vm^-1)＝6×10⁵(Vm^-1)

变化的磁场在身管壁附近产生的感应电场最大，假设在高温、高压气体中由于粒子分子的高能尾巴上的粒子碰撞而产生电离，生成初始的电子和离子，这部分初始电离的电离成分占总的气体密度可以忽略不计，初始电子的能量约为1eV，离子的能量约为0.4eV，电子和离子在背景轴向磁场中做回旋运动，背景磁场的中值约为0.1T，电子的回旋半径为：

离子的回旋半径：

感应电场E_θ在电子回旋半周期内加速电子，使得电子获得的能量约为：

Δε_e＝2r_LeE_θ＝2×16.9×10^-6×6×10⁵＝20.28(eV)

初始电子在燃气中的平均自由程约为：

电子在回旋半周期发生与中性气体分子碰撞的次数约为：

每次与气体分子碰撞电子损失的动能约为：

电子从1eV倍感应角向电场加速到20.28eV，其平均能量约为10eV，每次与中性气体分子碰撞损失2.73*10-4eV，半个回旋周期大约碰撞3845次，共损失能量约为：

ΔW_c＝3 845×2.73×10^-4＝1.05(eV)

电子在感应角向电场加速下，经过半个回旋周期的加速能量大约在20eV，其与中性分子碰撞具备电离分子的动能，经过感应角向电场加速后的初始电子其动能在经过与中性气体分子弹性碰撞损失动能后仍然能够被电场加速到20eV以上能量，加速时间约为电子在0.1T磁场中回旋周期的一半，电子在平均磁场0.1T的回旋频率约为：

电子被感应角向电场加速的时间：

感应电场的持续时间约为10ns，在电子回旋周期内可以28次将电子从1eV加速到20eV以上的能量，使得身管内出现电离雪崩现象，一个初始电子受到角向电场加速达到20eV的动能，碰撞中性气体分子产生电离，产生一个电离电子和原来的碰撞电子，即一次电离后气体中出现两个电子，这两个电子在3.6*10-10s的时间里又被电场减速到20eV，碰撞产生4个电子，28次的碰撞则产生228个电子；

S2：电磁线圈电流的加载，要想提高被发射物体的初始发射速度，降低高温高压燃气对身管的热烧蚀，需要在高温高压燃气中产生2％的电离等离子体，400MPa、4000K的高温高压燃气中电离的成分几乎可以忽略不计，电离率不会超过万分之一，电子温度在1eV以下，即使加载磁场也难以提高被发射物体的初速度和降低高温高压燃气对身管内壁的热烧蚀，为了提高高温高压燃气的电离率，本发明采用陡峭脉冲前沿的加电方式，让电磁线圈上的电流形成陡峭的上升前沿，在10ns的时间里从零上升到1000A，导致线圈产生的磁场从零在10ns的时间里上升到0.2T；

S3：产生感应电场，外加磁场产生激励电场，电场对粒子的加速效应可使高温燃气中初始的电子形成雪崩电离效应，统计结果，经过10ns的感应角向电场的加速，使得身管内燃烧气体出现2％的电离，电离产生的等离子体电子密度约为身管燃气密度的2％，电子平均温度约为10eV，电子在平均磁场0.1T中的回旋半径约为17μs，而离子的回旋半径约为2mm，这些被磁场约束的等离子体将较大地改变身管内燃气的动力学过程，产生一些有利于提高性能的特征，如：提高被发射物体的出膛初速度、降低高温高压燃气对身管的烧蚀；

S4：形成磁约束等离子体鞘层，在线圈产生的磁场达到0.2T，并维持5ms的时间里，雪崩产生的等离子体电子被磁场所约束，其电子回旋半径约为20～60μm，在身管内壁附近40～120μm的厚度形成磁约束等离子体鞘层，其中电子的密度约为：

n_e＝0.02n_o＝0.02×7.25×10²⁷＝1.45×10²⁶(m^-3)

鞘层内电子的平均温度约为10eV；

在磁约束等离子体鞘层内其总压力约为：

其中磁压力：

电子的压力：

P_e＝n_ekT_e＝1.45×10²⁶×10×1.6×10^-19＝2.32×10⁸＝232(MPa)＝0.58P。

离子的压力：

P_i＝n_ikT_i＝1.45×10²⁶×1.38×10^-23×4000＝8×10⁶＝8(MPa)

因此在身管内壁40--120μm厚度的磁约束等离子体鞘层内的中性燃气分子密度约为：

身管内磁约束等离子体鞘层的主要特征为：随时间快速变化的磁场在身管内产生角向感应电场，角向感应电场加速初始电子达到20eV的动能并与中性燃气分子碰撞产生雪崩电离，使得在40--120μm厚度内产生2％的气体电离，电离等离子体电子的密度约为原中性气体密度的2％，电子的温度约为10eV，电子受到轴向磁场的约束，其回旋半径约为20—60微米，被磁场约束的电子在40—120微米厚度的鞘层内形成类绝热屏蔽层，磁约束电子的热压力约为232MPa，占内层燃气总压力的58％，由于磁约束电子的在贴近身管内壁40—120微米厚度内存在，导致在磁约束等离子体鞘层内的中性气体密度大幅度下降，只有原密度的40％，这就造成不受磁场约束的中性燃气分子及质量较重的离子向身管内壁传递的热流密度下降60％；

S5：磁约束等离子体鞘层的隔热效应，而受到磁约束的电子向身管内壁扩散的质量流密度：

其中v_en是电子与中性气体分子的碰撞频率，ω_ce是电子在磁场中的回旋频率；

其中

是磁约束等离子体鞘层中电子的热速度；

是电子在鞘层内与中性燃气分子碰撞的平均自由程；

电子流密度所携带的热流密度约为：

Γ_eth＝ε_eΓ_em＝16×10^-19×3.46×10²⁸＝55.4GWm^-2

鞘层内的中性燃气分子和离子的密度约为未电离时气体密度的40％，中性分子和离子的温度仍然保持4000K，因此鞘层内中性气体和离子传递给身管内壁的热流密度约为：

Γ_oth＝0.4Γ_th＝0.4×205＝82(GWm^-2)

因此身管内发射药燃烧的高温高压燃气透过磁约束等离子体鞘层传递给身管内壁炮钢材料的总热流密度约为：

Γ_t＝Γ_eth+Γ_oth＝55.4+82＝137.4(GWm^-2)＜205(GWm^-2)

从上式可以明确地分析到，由于磁约束等离子体鞘层的存在，导致身管内燃气向管壁炮钢材料传递的热流密度下降约33％，由于燃气传递给管壁的热流密度下降，将带来一个重要的作用，炮钢内壁的温度也随之降低，炮钢温度的降低也相应提高炮钢抗烧蚀的能力，因而通过磁约束等离子体鞘层的应用，提高身管的抗烧蚀能力，降低身管的烧蚀，延长身管的寿命，如果身管材料的导热性能不变，被发射物体发射药燃气的高温高压性能不变，由于磁约束等离子体鞘层的应用，使得燃气向身管内壁传递的热流密度降低33％，身管内壁炮钢材料的温度约降低30％，这是磁约束等离子体鞘层在身管的一项重要应用特点，降低发射药燃气对身管内壁材料的升温；

磁约束等离子体鞘层的磁约束电子在身管内所起的作用就像一个厚约120微米的隔热层，电子被轴向磁场约束在垂直磁场方向做回旋运动而导致电子垂直磁场的扩散流密度下降，而电子所形成的热压力排挤了中性燃气和离子的热压力，导致在鞘层内不受磁场约束的燃气分子和离子的密度降低60％，从而造成燃气的总热流密度降低33％，因此身管内壁材料的温升降低30％左右，通过磁约束等离子体鞘层的存在，导致燃气分子对身管内壁的热烧蚀及热冲击损伤程度降低，提高身管的寿命，假设无磁约束等离子体鞘层条件下，身管的温升

在存在磁约束等离子体鞘层时的身管升温

其中C是身管内壁薄层的热容量，T是无磁约束等离子体鞘层时身管内壁的温度，Γ_th是无磁约束等离子体鞘层时高温高压燃气向身管壁传递的热流密度，q是身管内壁向外传导的热流密度；Γ_t是磁约束等离子体鞘层存在时传递到身管内壁的总热流密度，利用(A)-(B)，得：

从方程(C)可以清楚地分析到，由于磁约束等离子体鞘层的存在，导致发射药高温高压燃气向身管内壁的热流密度降低，因此身管内壁的升温比无磁约束等离子体鞘层时的升温要小，从而磁约束等离子体鞘层的存在降低了身管内壁的温度，由于身管内壁的温度降低，从而提高身管的抗冲击能力，减小身管的热烧蚀；

S6：磁约束等离子体鞘层抑制动力学热流密度，身管内发射药的燃烧过程非常迅速，燃料在迅速燃烧过程中释放大量的热量并伴随着有些大分子通过氧化分解成小分子，使得燃气分子温度升高、分子数密度增加形成***过程，***点处燃气分子急速膨胀，推动外层气体沿着身管轴向外运动，外部气体受到***点气体的推动而出现压缩现象，当***高温热气的推进速度Vo大于***气体中的声速；

高温燃气的动能将有部分转化成***低温气体的热能，这部分被转化成***气体热能的能量降低了被发射物体发射药的发射效率，也就是发射药所含有的化学能，转化成发射被发射物体的动能比；

其中M_H是被发射物体战斗部的质量，在计算是同一种被发射物体战斗部的质量是常数，VH是战斗部的出膛初速度，ECh是发射药的化学内能，也是常数，化学能转化被发射物体动能的效率提高也就直接提高战斗部的出膛初速度VH；

如何进一步提高被发射物体的出膛初速度，就是提高发射药的发射效率，有些研究是采取低燃温的发射药，发射药燃烧后分解出许多小分子，通过迅速提高燃气的分子密度形成高压，但仍然不能解决急速膨胀气体的动压动能转化成***气体的热能这一关键点，也就是气体急速膨胀的激波加热过程，由于燃气急速膨胀，其动力学膨胀速度大于***气体中的声速，在急速膨胀气体与***低速运动气体截面产生激波，激波的产生使得激波前沿的气体动压(定向的推力)，转化成激波后沿的高温热压力(各项同性的推力，推进的效率明显降低)，而身管中磁约束等离子体鞘层的形成，则可以大幅度降低身管内燃气的马赫数，从而降低激波强度，降低燃气动压转化成***气体热压的比率，使得燃气动压更多地作用在被发射物体战斗部的推进上，从而提高被发射物体战斗部的出膛初速度，等离子体鞘层阻止急速膨胀燃气动压转化成热压的主要物理原理是由于电磁感应线圈产生的磁场随时间变化，在身管内形成感应角向电场，感应电场加速初始电子，在1.8*10-10s的时间间隔内将电子加速到20eV以上，加速后的电子碰撞燃气分子形成雪崩电离，产生约2％的等离子体，等离子体电子的平均温度约为10eV，厚度约120微米，而离子的温度与燃气分子温度相当，约4000K，而离子的厚度约为4mm，但等离子体具有维持电中性的天然特点，造成部分电子向内扩散，而部分离子向外扩散，由于电子惯性质量远远小于离子的质量，造成电子向内的扩散速度大于离子向外扩散的速度，使得等离子体鞘层的厚度约为2mm，而等离子体电离率约为1％，在燃气中存在约1％的等离子体，其密度扰动传播的速度不再是声速，而是垂直磁场方向是磁声波速度，在平行磁场方向是离子声速，离子声速为：

其中η＝0.01是燃气的电离率，γ_e＝3是电子的绝热系数，T_e是电子温度，kT_e＝10eV，因此身管内的离子声速：

而身管内高压燃气的热速度(约为动压膨胀速度)只有2050ms-1，由于存在磁约束等离子体(虽然只有1％的电离度)，其气体密度扰动传播的速度由于存在部分电离的等离子体，密度扰动传播不仅有热压力，而且电荷的静电力也参与其中，使得密度扰动传播的速度比声速大，因此***的动压传播的马赫数此时不再是1.2而是0.98，不再会激发出激波，而不会造成激波加热，因此管壁内发射药的燃烧，其急速膨胀的动压主要作用到战斗部上，发射药在身管轴向的动压推力比无磁约束等离子体鞘层时，推力更大，在身管的径向，燃气密度扰动的传播速度是磁声波速度，其中阿尔芬速度约为：

在身管的径向爆燃气体仍然会产生激波，这表现出磁约束等离子体鞘层的出现，导致身管内平行轴向的动压>身管径向的热压，其各项异性的特点起源于磁约束等离子体鞘层的存在，导致平行身管传播的动压无激波产生，燃气热化的效率比径向激波产生的热化要小，等离子体鞘层的这一特点应用身管上时发射药推进战斗部以出膛速度比无等离子体鞘层时的速度更高；

磁约束等离子体鞘层内电子密度约为1.45*1026m-3，电子的温度约为10eV，磁约束等离子体鞘层的厚度约为120微米，由于电子受到轴向磁场的约束，不能够横越磁场运动，但电子与中性燃气分子的碰撞造成电子在磁场中横越磁场扩散，电子横越磁场扩散的电子流密度约为3.46*1028m-2s-1，携带的电子热流密度约为55GWm-2，而由于磁约束等离子体鞘层的存在，类似一层120微米薄的隔热层，使得燃气的径向热流密度下降为82GWm-2，总的热流密度约为137GWm-2，比无磁约束等离子体鞘层时热流密度205GWm-2，下降约33％，发射药总的化学能转化成被发射物体战斗部动能的效率提高约10％，另外由于磁约束等离子体鞘层的存在导致燃气密度扰动传播速度提高到离子声速(平行身管方向)，爆燃气体膨胀的动压较少地通过激波热化气体，动压推力的效率也提高，因此磁约束等离子体鞘层起到了减弱高温高压燃气向身管的热流密度传递，同时等离子体鞘层使得沿身管方向的动压推力比无磁约束等离子体时的推力增大。

本发明在传统流体力学的基础上，将洛伦兹力和焦耳热分别加入到动量和能量守恒方程中，构建了磁约束等离子体射流热磁耦合模型，研究结果表明：施加平行磁场后带电粒子的运动将变成绕磁力线的回旋运动，降低了等离子体横越磁场传递的热流密度，由于燃气传递的热流密度下降，内壁面的温升也随之下降，从而提高身管抗热烧蚀的能力，提高使用寿命。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.磁控等离子体鞘层特性研究方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2：电磁线圈电流的加载；

S4：形成磁约束等离子体鞘层；

S5：磁约束等离子体鞘层的隔热效应；

S6：磁约束等离子体鞘层抑制动力学热流密度。

2.根据权利要求1所述的磁控等离子体鞘层特性研究方法，其特征在于：在S1中，身管面对高温高压气体的身管壁材料其抗压性是抵抗其一半的膛压200MPa，另外的200MPa膛压是通过材料磁场分散到身管外层材料上。

3.根据权利要求1所述的磁控等离子体鞘层特性研究方法，其特征在于：在S2中，电磁线圈的加载采用陡峭脉冲前沿的加电方式，让电磁线圈上的电流形成陡峭的上升前沿，在10ns的时间里从零上升到1000A，导致线圈产生的磁场从零在10ns的时间里上升到0.2T。

4.根据权利要求1所述的磁控等离子体鞘层特性研究方法，其特征在于：在S3中，电磁线圈经过10ns的感应角向电场的加速，使得身管内燃烧气体出现2％的电离，电离产生的等离子体电子密度为身管燃气密度的2％，电子平均温度为10eV，电子在平均磁场0.1T中的回旋半径为17μs，而离子的回旋半径为2mm。

5.根据权利要求1所述的磁控等离子体鞘层特性研究方法，其特征在于：在S4中，等离子体鞘层随时间快速变化的磁场在身管内产生角向感应电场，角向感应电场加速初始电子达到20eV的动能并与中性燃气分子碰撞产生雪崩电离。

6.根据权利要求1所述的磁控等离子体鞘层特性研究方法，其特征在于：在S5中，在身管材料的导热性能不变的情况下，被发射身管发射药燃气的高温高压性能不变，由于磁约束等离子体鞘层的应用，使得燃气向身管内壁传递的热流密度降低33％，身管内壁炮钢材料的温度降低30％。

7.根据权利要求1所述的磁控等离子体鞘层特性研究方法，其特征在于：在S6中，身管内发射药的燃烧过程中，燃料在迅速燃烧过程中释放大量的热量并伴随着有些大分子通过氧化分解成小分子，使得燃气分子温度升高、分子数密度增加形成***过程，***点处燃气分子急速膨胀，推动外层气体沿着身管轴向外运动，外部气体受到***点气体的推动而出现压缩现象。

8.根据权利要求7所述的磁控等离子体鞘层特性研究方法，其特征在于：燃料在燃烧过程中，高温燃气的动压动能将有部分转化成***低温气体的热能，这部分被转化成***气体热能的能量降低了被发射物体发射药的发射效率，也就是发射药所含有的化学能，转化成发射被发射物体的动能比。