基于模型修正的激波管反射阶跃压力幅值高精度溯源方法

针对激波管校准装置中反射阶跃压力幅值溯源精度低的问题,提出一种基于模型修正的激波管反射阶跃压力幅值高精度溯源方法。根据理想气体理论,建立激波管反射阶跃压力幅值溯源的理论模型;分析入射激波速度的衰减规律,构建基于多传感器的入射激波速度多点测量方案;根据多点测量结果拟合入射激波速度的分布模型,实现入射激波速度衰减补偿,进而实现激波管反射阶跃压力溯源模型修正,提高阶跃压力幅值溯源精度。采用不同压力下的激波管实验验证反射阶跃压力幅值溯源的准确性,结果表明,文章方法的反射阶跃压力幅值溯源结果与实测结果的平均相对误差小于1%,其值大约为基于未修正模型的溯源结果平均相对误差的1/4倍。     

激波管阶跃压力持续时间研究

激波管是较理想的阶跃压力发生器，阶跃压力持续时间是它的一项主要技术参数。本文在理论分析了简单激波管内波系流动图象的基础上，推导了当入射激波马赫数Ｍ１小于设计工况马赫数时，阶跃压力持续时间的计算方法。计算结果和实验结果误差不大于１２％，且试验区阶跃压力时间大于５毫秒，可以满足压力传感器动压标定需要。     

激波管管长对阶跃压力波形的影响分析

激波管作为动态压力校准装置,其产生的阶跃压力幅值大小,以及平台时间是对阶跃压力进行测量校准的重要指标。基于理想情况下,选择管腔内气体介质为空气,通过理论分析得到了使得阶跃平台时间最长的高低压腔长度比优化设计方案。在考虑由实际激波管管腔内的黏性所导致的激波衰减情况时,通过仿真方式对理论结果进行误差分析,得到理想情况下与实际的偏差度。结果表明,在有黏情况下压力幅值随距离增加而逐渐减小,同时入射激波的马赫数在底端面附近呈线性衰减,衰减系数随马赫数增加而增大,而在入射激波马赫数相同时,低压腔越长,底端面附近位置处的衰减系数越小。同时利用仿真结论对实验测量计算马赫数结果进行修正,减小底端面位置处的真实值与实验计算值之间的误差。     

双腔负压法用于激波管动态压力校准

针对激波管中使用双腔负压法以获取微小阶跃压力进行了研究。使用北京长城计量测试技术研究所的100 mm激波管以及专门设计的附加装置,对绝压与微压传感器进行了校准实验,实验数据表明在激波管上使用双腔负压法与薄纸膜片能获得小于2 kPa的微小反射激波阶跃压力,上升时间与平台持续时间等各项指标也都符合国家检定规程的要求,扩展了现有激波管的技术能力。比较了不同静态压力和动态幅值情况下压力传感器激波管校准结果,谐振频率和阻尼比系数都随压力增大而增大,这在实际校准和使用中是一个值得注意的问题。     

不同驱动气体对激波管校准系统特性的影响分析

不同的驱动气体、膜片厚度、传感器外形结构差异等因素均会影响校准系统的准确度,该文主要针对不同驱动气体对校准准确度的影响进行对比分析。选取空气、N_2、CO_2和H_24种气体作为高压区驱动气体,在相同厚度膜片下,根据兰基涅-胡果尼方程计算出破膜后各气体所产生的入射激波阶跃压力和反射激波阶跃压力,通过相关试验验证计算结果并考察不同气体所产生激波的上升时间、超调量等动态特性指标。试验结果表明:用不同气体驱动时,所产生激波的阶跃压力幅值大小差异明显,其中CO_2源产生的激波阶跃压力幅值最小,H_2源产生的激波阶跃压力幅值最大,所产生激波的动态特性差异不大,对激波管校准试验中高压区驱动气体的选择具有参考意义。     

高动压标定激波管

本文介绍采用冷氢驱动SF_6气体的高动压标定激波管,我们用它获得了278.4kg/cm~2的激波阶跃压力。实践证明,采用SF_6气体不仅可提高阶跃压力,而且可用来进行高动压标定。     

对传感器动态标定中的Bowersox阶梯近似法的修正

鉴于在传感器动态标定的实际激波管中所产生的压力阶跃信号与理想阶跃函数的差别,本文对由时间特性求频率特性的 Bowersox 阶梯近似法提出了修正。根据近似数学模型,用狄拉克(δ)函数导出了修正公式。这一修正方法及修正公式可广泛应用于凡是用瞬态激励法(阶跃函数输入和斜坡函数输入)对压力传感器、力传感器以及其它各种传感器的动态和准静态标定中。     

基于相对法激波管的压电传感器灵敏度校准

压电传感器常用于动态压力领域,在军工行业爆炸威力测试中有着广泛的应用。由于其在静态压力下无信号输出,且在实际应用中的上升时间为微秒级,使用常规压力计量手段无法进行校准,需要利用激波管产生阶跃压力对其灵敏度进行校准,而传统的绝对法激波管装置结构复杂、无法移动、成本高昂。文章介绍了一种相对法激波管装置的原理结构,分析了装置的测量不确定度,并开展了压电传感器灵敏度校准实例,其结果体现了开展该项工作的良好效果与重要作用。     

水激波管脉冲压力信号特性研究

为了更加科学合理地利用水激波管对水下冲击波压力测量系统进行动态校准,对水激波管爆炸冲击波压力场影响因素进行了研究.介绍了水激波管装置的基本结构及比对式校准原理,利用AUTODYN有限元仿真软件对水激波管进行仿真,根据数值仿真结果和相关系数相似度评定方法,得出了水激波管爆炸冲击波形成稳定的平面波以及产生与实际水下爆炸工况相似的冲击波信号所需的长径比条件.对仿真数据进行曲线拟合,得出了水激波管内腔长度与装药量对脉冲压力峰值的影响关系式,对水激波管的设计以及运用水激波管进行动态校准具有一定的指导意义.     

基于EMD算法的激波管系统误差识别与消除方法

为解决激波管系统误差对压力传感器动态标定存在影响,致使动标结果不准确的问题,采用EMD(Empirical Mode Decomposition)方法分解了压力传感器利用激波管进行动标的数据,对各个分量进行频谱分析,提出了去除激波管系统误差的信号重构模型.分析了多支不同传感器相同IMF(Intrinsic Mode Function)分量的相关性,得到相关系数,确立了相关系数与重构模型中配比因子的关系,进而求得了重构模型中IMF的配比因子.通过对激波管系统误差的识别和去除,得到压力传感器阶跃响应的重构信号.通过与原信号进行对比,结果表明:传感器的固有频率、上升时间和平台的稳定性更符合实际.基于EMD分解的激波管系统误差识别与消除方法可用并效果明显.     

爆炸冲击波通过砾石层衰减规律的试验研究

采用激波管对不同长度、不同空隙率的砾石层消减激波的作用进行了试验研究,并在野外地下坑道进行了化爆试验,两种试验得出了规律性一致的结论。大压力激波衰减更快;砾石层的长度和空隙率对激波的衰减有显著的影响。根据试验数据获得了确定砾石层长度的计算公式。     

爆炸冲击波通过砾石层衰减规律的试验研究

采用激波管对不同长度、不同空隙率的砾石层消减激波的作用进行了试验研究,并在野外地下坑道进行了化爆试验,两种试验得出了规律性一致的结论。大压力激波衰减更快;砾石层的长度和空隙率对激波的衰减有显著的影响。根据试验数据获得了确定砾石层长度的计算公式。     

二维管道列车交会激波特性分析

列车在低真空管道内运行可以极大的减少阻力,但同时面临激波效应等难题。建立二维管道仿真模型,采用可压缩非定常SST k-ω湍流模型并结合滑移网格技术,研究不同起始交会距离、速度、时间下管道内激波演变规律。结果表明：两车相距较远时,列车前方壅塞区段向前推进,壅塞长度随时间线性递增,正激波相互扰动时,阻力/压力绝对值激增;两头车交会时,阻力/压力绝对值再次激增达到最大值,随列车的运行又急剧下降到相对平稳状态,交会过程中阻力/压力沿车尾方向先降低后增大。车尾区域存在激波、膨胀波相互交叉干涉现象,波系较为复杂,沿车尾方向激波反射强度减弱。随交会距离的增加,列车行驶在短、中长隧道（<1500 m）阻力/压力变化剧烈,长隧道（>1500 m）阻力/压力变化幅值较小。随速度的增加,列车前方壅塞区段长度缩短,阻力/压力绝对值增大,车尾激波串长度增加,强度减弱。     

动态压力标准发展现状

动态压力测量与校准技术越来越受到重视和推广,校准的技术手段也越来越多,但动态压力的溯源技术和动态压力标准的建立发展相对缓慢。通过介绍俄罗斯、法国、美国等世界各国家动态压力标准器具体系和量值传递体系的构成以及研究现状,并比较分析我国动态压力标准发展状况与需求,建立我国动态压力标准器具体系和量值传递体系非常必要,建议建立由阶跃压力标准装置(激波管、快开阀)、正弦压力标准装置、脉冲压力标准装置构成比较完整的国家标准器具体系。     

有关压力传感器动态校准和动态性能评价的几个问题

在本文中,作者根据简单的线性系统分析和实践中的体会,对压力传感器的动态校准和动态性能的评价提出下列几点看法:(1)阶跃压力是较理想的动态校准压力源;激波管可以作为标准动态压力标准装置(微压传感器除外)。(2)压力传感器的主要动态性能指标为:上升时间、超调量、振荡频率或谐振频率、冲击加速度灵敏度。(3)压力传感器的校准可采用静态校准和动态校准相结合的方法,没有必要在整个量程范围内进行动态校准。用“动态灵敏度”来概括压力传感器的动态性能是不确切的。     

存在衰减和真实气体效应的激波管激波速度的计算

用一般理论计算激波管参数,由于激波的衰减不可避免以及一定压力下的气体是非理想气体,故会有不小误差。本分别考虑了衰减和真实气体效应这两种对激波速度有影响的因素,对一种具有良好压力平台的激波管（驱动气体为Ｈ２,被驱动气体为ＣＯ２）中的激波速度进行了计算。首先采用考虑真实气体效应的理论,计算破膜后形成的初始激波速度;在激波沿管运行理论不能准确计算的阶段,采用由实验得出的激波衰减公式进行计算。计算结果与     

基于预压水激波管的压力传感器动态校准实验研究

针对目前国内水下冲击波压力传感器校准方法存在的缺陷,提出了一种基于预压水激波管的压力传感器动态校准实验方法.分析了预压水激波管比对式动态校准原理,研究了传感器动态特性影响因素,基于所组建的标准压力监测系统对水下冲击波压力传感器进行了动态校准实验,并采用傅里叶变换法得出了水下冲击波压力传感器的动态特性.实验结果表明,基于预压水激波管的压力传感器动态校准实验方法可以有效地对压力传感器进行动态校准并准确地获取其动态特性.     

在狭窄式容腔中流体的非定型层流运动

压力传感器管路终端腔室为一狭窄式容腔。一般在流体管路动态特性的研究中,都将容腔用一个集中参数流容来表示。但是这样做是不可能得到狭窄式容腔壁(膜片)上的压力分布的。要分析这种压力传感器对压力阶跃的响应特性,就需要研究容腔膜片上的压力分布随时问变化的规律。当压力传感器在阶跃压力作用下,传压管出口端的压力p_2和质量流量m_2随时间t的     

激波吸收器结构对消波效果及压力波制冷机性能影响的实验研究

利用一台单管式压力波制冷机,通过实验研究了激波吸收器结构对消波效果及压力波制冷机性能的影响。结果表明:在安装激波吸收器后,制冷效率明显大幅提升,当射流激励频率f=25~125Hz时,L/d=137.5振荡管的制冷效率η提高了将近20%,L/d=507时η提高的幅度比L/d=137.5时小;增大吸收器的长度L_a其消波效果没有明显增强,但会减小峰值激励频率,在本文的实验条件下,激波吸收器的管长不宜超过300mm;增大激波吸收器内径d_a则最大制冷效率提高了1.5%,但会增大吸收器的体积,所得结果对压力波制冷机的优化设计有一定参考价值。     

基于BP神经网络的冲击波压力传感器组件动态特性分段建模方法研究

受爆炸场中寄生效应的影响,需要采取相应抑制措施对冲击波压力传感器进行改造。为研究冲击波压力传感器组件的动态特性,基于双膜激波管对冲击波压力传感器组件进行动态校准,获得了阶跃响应信号;采用微分法求取了传感器组件动态特性非参数模型;根据冲击波压力传感器组件动态特性非参数模型变化规律,在频域内对其进行合理分段,并基于BP神经网络分段建模方法得到传感器组件动态特性模型;通过实例分析与比较,证明了基于BP神经网络的分段建模方法能够有效提高模型精度和建模效率。