舱室内爆炸压力载荷测试方法研究

针对装药在密闭或准密闭舰船舱室内的爆炸实验,研究首次反射冲击波和准静态压力两种毁伤压力载荷测试方法。分析了舱室内装药爆炸形成的首次反射冲击波和准静态压力两种载荷的频率与幅值特性,阐明了采用不同频响传感器分别进行测量的必要性和合理性;提出了采用高频压电传感器测量首次反射冲击波和低频压阻传感器测量准静态压力的传感器选型方法;给出了专用工艺工装设计以及传感器布设方法,其中尼龙套筒工装可有效起到绝缘和衰减应力波的作用,其内腔传压管设计可有效消除爆炸产生的高频信号和光、热信号对压阻传感器的干扰,从而保证了测试精度。进行了模拟舱室内的装药爆炸实验,所得测试数据与经典公式计算结果一致性良好。研究结果表明：所提出的舱室内爆炸毁伤压力载荷并行测试方法以及工艺工装设计合理可行,能够在获取足够精度的反射冲击波数据基础上更加精确地获取准静态压力峰值及衰减规律;为了准确获取舱室内爆炸压力载荷数据,在合理预估待测信号幅值范围前提下,首次反射冲击波测试采样率应为兆赫兹量级,准静态压力测试采样率应为千赫兹量级;为了防止干扰信号对测试的影响,应采用尼龙套筒工装并采用过盈配合的安装方法。     

应变式压力传感器特性补偿和应用

讨论了用动态补偿数字滤器对应变压力传感器的动态特性进行补偿，使之提高测量精度并能用于爆炸冲击波测量的一种方法。实验结果与经验值比较，补偿前．后对比、测量精度有明显提高，说明在一定条件在变式测压系统也可用于爆压的测试。     

基于爆炸为驱动源的压力传感器动态标校装置研究

为了解决靶场试验测试中冲击波压力传感器的动态标校问题,文中在对现有标校方法分析的基础上,设计出一种基于小药量炸药爆炸为驱动源的压力传感器动态标校装置.该装置采用组合式结构,可同时满足对多个压力传感器的动态标校,并且能够对同一量程多个传感器的一致性进行评估.经试验验证,通过该装置获取到传感器灵敏度系数的误差率小于10%,可以满足靶场试验测试传感器灵敏度系数的动态标校.     

高精度冲击波测试压电适配器的研究

针对当前冲击波测试数据峰值和比冲量不一致的问题,从传感器及其适配电路入手,研究了适配器电路的传递函数。由冲击波经验公式构造冲击波正压激励信号,分析了冲击波超压信号特征参数受压电适配器高低通截止频率的影响。结果表明,压电适配电路中高通截止频率f_H≤0.09 Hz,低通截止频率f_L≥150 kHz时,冲击波峰值误差、正压持续时间误差和比冲量误差均小于2%.按该参数设计的电路经信号发生器模拟冲击波信号测试验证了分析的正确性。分析结果为冲击波测试适配电路设计提供了依据。     

采样保持电路法补偿磁通门传感器背景磁场

为正确测量目标磁场和提高磁通门传感器的测量精度,背景磁场的补偿至关重要.在分析磁通门常用背景磁场补偿方法基础上,提出一种新的采样保持电路自动补偿方法.运用逻辑脉冲电路为采样保持电路提供固定频率滤除背景磁场信号,并对目标未出现时的信号进行动态跟踪,运用比较电路将目标出现前后的信号进行比较,从而在补偿背景磁场的基础上最大限度地获得目标磁场的信号.设计了实际电路,采用频率为8Hz,占空比为1:10的采样脉冲,对车速范围为15～60 km/h的车辆磁场信号进行了测量,得到的补偿波形表明了该原理的有效性.该方法可用于磁场的定性测量中,可便于一些特定的外磁场测试.     

冲击波超压测试系统的时基高精度同步

针对存储式冲击波超压测试系统时基不能高精度同步的问题，提出一种光纤触发与高精度算法结合的处理方法。利用光纤对不同装置同时发出触发信号，实现多个装置的同步触发；计数频率远大于测试装置的采样频率，对触发时刻和触发后第一个采样时刻之间的时间间隔进行计数；对相邻两个采样点之间进行插值处理，根据计数值N确定测试数据在时间轴上的位置，实现时基的高精度同步。该方法可使得测试系统在12 m布场距离处触发响应时间小于150 ns,测试系统的时间误差为30 ns,测试装置之间的同步误差为20 ns。该方法提高了测试系统的测量精度，可为冲击波传播规律的研究提供依据。     

常用冲击波压力传感器动态特性实验研究

针对冲击波测试传感器的宽带宽要求、现有传感器种类繁多的情况,文中对江苏联能、绵阳奇石缘、美国PCB和ENDEVCO公司生产的共7种用于冲击波超压测试的传感器进行了激波管动态标定实验,分析了放大器特性和安装误差对实验结果的影响,给出了各传感器的上升时间、超调量,用参数化的建模方法求出了各传感器的工作频带,实验结果表明8530B的超调量最小,上升时间最短,8530B和113A的工作频带比其他几种要高,大量程的113A也可用于小压力的测量。     

试车台传感器及引压系统动态特性研究

为了得到压力测试系统的动态特性规律,对试车台现用压力传感器的动态特性进行了测试,使用标准动态压力激波管,对动态压力传感器进行激励,得到试车台几种典型压力传感器的动态特性,证明目前用于静态测量的典型传感器在500 Hz以内的动态测量是可用的,为目前通用压力传感器用于动态测量的可用范围提供了依据。同时,得到了测压管道的幅频特性图,对测得的数据进行了归一化处理,得到了管路系统固有频率、响应时间与管长、管径等各种因素的关系,为实现引管方法的高温动态压力测量提供了技术支撑。     

基于无线传感器网络的冲击波场测量系统设计

引入无线传感器网络技术,提出了爆炸冲击波测试的新方法,完成了无线传感器网络测试节点的硬件设计和关键技术以及远端主机系统设计。经外场试验表明:该测量系统节点安装方便、安全可靠,数据传输速率高,测试精度高,可实时完成超压信号的采集、传送、测量曲线绘制和威力评估。     

雷管在不同介质中冲击起爆压力的研究

本文用殉爆实验求出了８＾＃纸雷管在空气以及在硬质聚氨酯泡沫塑料中的半爆距离,并分别用石英晶体传感器及ＰＶＤＦ传感器对雷管在空气中及ＲＰＵＦ材料中爆炸时的压力分布进行了测试。根据测试结果,用插值的方法求出了这两种介质中雷管在冲击波作用下的冲击起爆压力,并从理论上用平面冲击波的ｐ－ｕ曲线对此结果进行了分析。     

复合装药威力性能试验分析

为研究复合装药威力性能,设计由高爆速理想炸药和含铝炸药组成的内外复合装药结构.在分析复合装药作用原理的基础上,采用压力传感器法研究不同装药结构的冲击波超压性能,利用靶网测速法研究不同装药结构对破片初速的影响.试验结果表明:相对于单一含铝炸药,外层高爆速炸药、内层由含铝炸药组成的复合装药结构可显著提高冲击波超压值和破片初速.     

多层复合装药爆炸冲击波信号能量谱

为研究多层复合装药爆炸冲击波在不同频段内的能量谱特性,进行了不同长径比多层复合装药的爆炸试验。利用小波包分析原理分析爆炸试验测得的冲击波压力信号,获得不同长径比复合装药的冲击波压力信号能量谱,得到了不同频段内冲击波压力信号的能量谱特征规律。结果表明：复合装药的冲击波能量谱值随装药长径比的增加而增加,冲击波能量主要集中在低频段,不同长径比复合装药爆炸冲击波具有不同的能量分布且各频段的能量差异明显;近距离及大长径比复合装药爆炸冲击波的低频段能量具有较大的能量增长百分比,内外同时起爆时多层复合装药的冲击波压力信号总能量是中心起爆的1.55倍。研究结果可为复合装药结构下毁伤威力可控战斗部的设计及毁伤效能评估提供参考。     

基于爆炸冲击波的战斗部炸点位置预测

为解决侵彻战斗部在建筑物等目标内部爆炸后的爆炸位置难以测定的问题,提出一种基于爆炸冲击波超压测试数据的炸点预测方法.基于爆炸冲击波传播速度与冲击波超压衰减规律,构建冲击波到达时间与传播距离的数学模型,将超定非线性方程组的最小二乘解转换为无约束多元非线性函数的极值求解,应用MATLAB软件的fminsearch函数计算获取炸点坐标,并应用实爆试验数据对比分析计算结果与实测结果.结果表明:该方法具有可行性,用于末端动态速度小于476.42 m/s,战斗部炸点预测的偏差在1.5 m以内.     

爆炸气泡帷幕对水中冲击波能量的衰减特性

在传统气泡帷幕减震技术的基础上,提出了爆炸气泡帷幕削能新理念,并对爆炸气泡帷幕削能设想进行了实验研究,发现在本实验条件下爆炸气泡帷幕能有效衰减冲击波峰值压力,且衰减量高达60%,对冲击波比冲量的衰减高达62.2%;采用小波包分解技术对爆炸气泡帷幕的削能效果进行评判,发现爆炸气泡帷幕对各频段的冲击波能量衰减效果明显,绝大部分频段的能量衰减都在50%以上;爆炸气泡帷幕能够有效消除水下爆炸冲击波的高频部分,爆炸冲击波通过爆炸气泡帷幕后只有低频成分,且低频成分能量大大削弱。     

空中气压环境对爆炸冲击波的影响研究

为获取不同气压环境下的爆炸冲击波传播规律,实现对不同气压环境下的爆炸冲击波性能快速预估,采用非线性动力学软件AUTODYN进行数值模拟,对数据进行分析与拟合,并通过低气压环境冲击波传播试验对拟合公式进行精度验证。结果表明：在同一对比距离下,冲击波超压峰值随着大气压力降低显著下降,低气压环境不利于冲击波的正常传播;基于数值模拟结果拟合考虑大气压力和温度效应的计算模型,对比试验结果,拟合公式计算误差小于15.0%,平均误差小于±7.8%。     

基于惯组实测数据的外挂导弹着陆冲击条件拟合方法

针对飞机外挂导弹上设备的着陆冲击环境设计问题,提出了基于惯组实测数据的外挂导弹着陆冲击条件拟合方法.给出了拟合方法的流程图,建立了飞机着陆的简化模型,研究其着陆过程动态响应时域曲线,选择标准时域冲击波形作为设计对象;通过遍历方法形成不同参数的标准冲击波形,将其频域分析结果与实测数据的频域分析结果进行对比,辨识出最终时域波形的设计参数;本方法可简单有效地辨识出时域冲击波形条件,作为工程设计参考.     

基于爆炸冲击波的头盔防护性能

针对爆炸冲击波致脑损伤的防护问题,开展基于爆炸冲击波的头盔防护性能研究,结合壁面压力传感器和颅脑模拟靶标,形成不同头盔结构和头盔内不同位置的冲击波防护试验测试方法,获取模拟靶标前额、颅顶和颅后的压力-时间变化曲线,分析爆炸冲击波在有/无防护条件下的颅脑表面传播规律。试验结果表明：头盔均能有效削弱冲击波超压,前额超压峰值可从无防护的352.57 kPa削弱至戴QGF-03式头盔的151.31 kPa,戴上全盔后则可削弱至11.36 kPa;冲击波在有防护的颅脑靶标传播过程中易发生绕射和叠加汇聚效应,与无防护相比,QGF-03式头盔内颅后超压提高了50%~100%,FAST头盔内颅后超压提高了9%,盔内压力作用时间显著增长,其中防护面罩可以大幅削弱爆炸冲击波对头部的作用,对前额和面部冲击波超压的削弱可达75%;全盔防护效果最好,能在前额、颅顶和颅后三处分别削弱90%、87%、80%超压峰值,密闭性对冲击波防护具有积极作用。