A numerical calculation model of the laser-induced ignition of boron / potassium nitrate pyrotechnic under the condition of one-dimensional heat input was discussed. The governing equation was derived by incorporating an Arrhenius type chemical reaction source and temperature dependence of thermophysical properties of the pyrotechnic. Since the equation was nonlinear, the surface temperature profile was obtained by solving the equation numerically. The surface temperature, at which the exothermic chemical reaction could be sustained without the heat input by laser irradiation, was theoretically derived. In the process of the derivation, the exothermic chemical reaction of boron and potassium nitrate was assumed to occur in the immediate vicinity of the surface heated up by laser irradiation. Since the derived surface temperature agreed with the surface temperature measured at the onset of ignition in the laser ignition test, it was found that the derived surface temperature could be used as the laser ignition criterion. The ignition delay derived from this technique was in good agreement with the test result in the range of the laser power density utilized in the test.
一次元的な入熱条件下において,ホウ素/硝石系点火薬のレーザ着火モデルについて検討を行った。点火薬内部のエ ネルギーバランスを考える上で,点火薬の熱物理特性の温度依存性を考慮し,支配方程式を導出した。支配方程式は非 線形であり厳密解が得られないことから,数値的に支配方程式を解くことによりレーザ受光面温度の履歴を導出した。一 方,ホウ素と硝石の発熱反応がレーザ照射により加熱されたレーザ受光面の極近傍において生じるものと仮定し,この 領域における発熱反応がレーザ照射による入熱がなくとも継続可能となったときに着火に至るという条件から,着火時 のレーザ受光面温度を導出し,これを着火温度として定義した。この着火温度は実験的に得られた着火温度とよく一致 したことから,レーザ受光面温度が着火温度に到達するか否かを着火判定基準として採用した。本手法により予測され る着火遅れ時間は,実験結果と良く一致することが確認された。
boron, potassium nitrate, laser-induced ignition, ignition temperature, thermophysical property.