利用高速视频研究燃烧驱动型土豆炮的内弹道学
科普物理
2015-06-15 v1
摘要
设计了一种土豆炮，以容纳几种不同的实验推进剂，并拥有透明炮管，以便用高速视频（每秒 2000 帧）记录弹丸的运动。燃烧室和炮管均由聚氯乙烯 (PVC) 制成。测试了五种实验推进剂：丙烷 (C3H8)、乙炔 (C2H2)、乙醇 (C2H6O)、甲醇 (CH4O) 和丁烷 (C4H10)。计算每种实验推进剂的用量以近似化学计量混合物，并考虑爆炸上限 (UFL) 和爆炸下限 (LFL)，而这些限值又受燃烧室体积的影响。从生土豆上切割出圆柱形弹丸，以确保气密配合，每个弹丸重 50 (+/- 0.5) 克。对于每次试验，通过逐帧分析确定位置随时间的变化。每种实验推进剂进行了五次试验，并分析结果以计算速度和加速度随时间的变化函数。还计算了其他量，包括作用在土豆上的力和施加在土豆上的压力。对于每种实验推进剂，绘制了平均速度与炮管位置的关系曲线。最有效的实验推进剂定义为能使土豆加速至最高炮口速度的那种。实验结果表明，乙炔的平均表现最佳 (138.1 m/s)，其次是甲醇 (48.2 m/s)、丁烷 (34.6 m/s)、乙醇 (33.3 m/s) 和丙烷 (27.9 m/s)。
引用
@article{arxiv.1305.0966,
title = {Studying the Internal Ballistics of a Combustion Driven Potato Cannon using High-speed Video},
author = {E. D. S. Courtney and M. W. Courtney},
journal= {arXiv preprint arXiv:1305.0966},
year = {2015}
}