MATLAB爆炸场冲击波压力测试寄生效应抑制方法研究(2)

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4.2本章小结…37

5.结论…38

致谢‥…40

1 绪论 1.1 研究背景及意义大型战斗部、云爆弹和温压弹等武器在做爆炸毁伤效果评估时，往往要研究冲击波毁伤效应，而冲击波准则是评定冲击波毁伤效果的有效手段。爆炸冲击波可以毁伤人员、设施和装备等各种军事目标以及民用建筑,作用范围大,破坏力强,在弹药威力设计中占有重要地位,冲击波评价指标主要由参数决定[1]，其参数冲击波超压峰值、正压作用时间和比冲量是主要战技指标之一,是弹药威力测试的重要内容[2]。在做爆炸场冲击波压力测试时，爆炸往往会引起的高温、机械冲击、地震波等寄生效应，而常用的压电式冲击波压力传感器不具备高温屏蔽能力且都没有设计加速度补偿单元，这些寄生干扰会致使传感器产生一定的寄生输出，尤其是在爆炸近场，从而可能会使干扰信号与空气信号叠加到一起进而使实测信号产生畸变，这会严重影响到冲击波超压峰值，比冲量等指标的正常测量，关系到武器的爆炸毁伤效果的正确评估。从上述可知，冲击波压力测试具有重要的军事意义且测试时总伴有寄生效应，因此各国研究人员都在致力于研究相关的理论以及改善测试方法与测试技术。本课题正是在冲击波测量的基础上，研究冲击波压力测试寄生效应的抑制方法。
1.2 国内外研究现状和发展动态
1.2.1 冲击波压力测试方法研究现状通常情况下，弹药爆炸时，高温、高压的爆炸产物首先会破坏弹体，形成向外高速飞散的碎片，然后在产物向外膨胀时压缩周围空气形成冲击波。对于冲击波的测试方法，主要有等效靶法、等效压力罐法、生物试验法、冲击波参数测量法（电测法）。目前最常用的方法是电测法。电测法按测试环境不同主要划分为：地面反射压力测量、壁面反射压力测试和自由场压力测试。按照测试方法不同主要划分为：引线式和存储式。对于冲击波压力测试方法，国内外已研究多年。早在 1983 年，德国人 M.Held[3]对自由场冲击波进行了研究，提出了相关的测试方法和研究思路。Patrick L.Walte[4]对冲击波测试所用的电缆线的选取进行了相关的研究。在2011 年，I.Sochet[5]等人对空气中球形炸药的爆炸冲击波进行分析，对TNT、PETN 和 ANFO 三种炸药爆炸产生的超压峰值、持续时间和比冲量进行了研究。国内对于地面反射压力的测试研究中，郭炜，俞统昌[6]等人对空气冲击波压力的地面测量技术进行了研究，组建了测试系统，包括：压力传感器、放大器（适配器）、传输线、数据采集系统等，并阐述了测试方法。对于壁面反射压力测量，西北核技术研究所张德志、李焰等人设计了一种压杆测压系统，并成功应用于小距离爆炸冲击波测试，获得了较理想的结果。引线测试法可以完整记录冲击波的传播过程以及相应压力的变化过程、并反映压力场的分布情况以及直观获取正压作用时间和比冲量，而存储测试法现在无法从大量数据中提取冲击波特征信号且若该系统触发时机不当会导致实验事故。
综上所述，由于实际工况下测得实验数据较多且试验次数有限，因此本课题选用的测试方法为引线测试法。
1.2.2 爆炸场机械冲击与振动的产生原因以及抑制方法在爆炸近区试验中，强烈的机械冲击与振动主要包括地震波及传感器安装平板的机械冲击[8]。爆炸产生冲击波作用于地面引起地质质点扰动，形成地震波传至传感器的安装支座，进而引起传感器的振动，致使传感器的输出产生附加信号[9 ]。冲击波亦会作用于传感器的测试平板上产生应力波，对传感器产生径向应力，同时测试平板由于冲击波的作用会产生机械振动，同样会引起传感器的振动，从而对测试结果产生干扰。而这些干扰都会影响压电式冲击波压力传感器的输出，因此得采取相应的防冲击及隔振措施。李燕杰[10]就冲击载荷作用下振动噪声的产生原因从装置受力与压力传感器性能两方面进行了分析，并简单介绍了该冲击响应噪声信号波形特点及提出了消减振动噪声的 2 种方法，即使用隔振器和小波分析滤波 2 种有效的去噪方法，最后对 2 种方法分别进行了实验验证。但是他采用单一的橡胶构成的振动隔离器容易老化，减振性能不太稳定。王幸[11]设计的隔振结构采用的是橡胶和金属件结合的方式。该设计的优点在于既隔离了振动又不降低传感器的固有频率，且可完全根据传感器的外形结构及构件的性状不受限制地加工，缺点是加工不方便，不适合大规模测量场合。综上所述，采用隔振结构可以在一定程度上抑制由爆炸产生的冲击波与振动，但要使隔振效果满足测试的要求，需选择性能良好的材料及简便的安装方式，因此在冲击波压力测量中需要对机械冲击和振动的抑制方法进行深入的研究。