锰铜压阻式水下爆炸近场超压测试方法研究

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水下爆炸实验常用于炸药威力、水下兵器破坏力和舰船水下防护力评估,其中压力是水下爆炸实验的一个重要测量参数,而近场冲击波压力的测量中,冲击波压力值变化快、峰值压力高、破坏力强、干扰强烈,对测量系统的频响特性、量程、抗干扰性能和机械强度等都提出了很高的要求,难度相对而言较大。本文详细分析了现行水下爆炸近场超压测试方法和测量系统的类别及各种方法的优缺点,针对压电法及小阻值锰铜测量范围不足及PVDF法温度系数高等不足之处,提出了一种基于大阻值锰铜压力传感器的水下爆炸冲击波压力测量方法和测量系统。该方法利用50欧姆锰铜压阻传感器和惠斯通电桥,结合电压放大电路,解决了常用压电传感器量程不足、易损坏、成本高及小阻值锰铜法只能测量大压力的问题。该测量方法适用于测量几百MPa到1GPa的水下爆炸冲击波压力,且结合对测量系统的改进,使其具有了抗干扰能力强、温度系数低、结构简单、实验成本低的优点,具有很高的发展潜力。进一步的,利用该型测量系统测量了50g柱形TNT装药的水下爆炸近场冲击波压力的分布,并将测量结果与AUTODYN模拟计算结果进行了比较。发现实验测量结果与模拟计算结果符合良好,优于经验公式计算结果,同时验证的测量系统的可靠性和模拟计算结果的准确性,并得到了柱形装药的水下爆炸近场冲击波峰值分布及衰减特点:1、在冲击波峰值压力分布方面,采用端面起爆的柱形装药有着明显的特点,即:与起爆端面相对的方向,随着与药柱轴线夹角的增大,其初始冲击波的峰值压力是不断减小的,即沿轴线方向的初始冲击波峰值压力最大,沿径向方向的初始冲击波峰值压力最小;在离爆心150mm范围外,径向方向的冲击波峰值压力略微大于轴向方向的冲击波峰值压力。2、在压力衰减方面,随着与药柱轴线夹角的增大,衰减速度逐渐减缓,即:沿药柱轴线方向的衰减速度最快,沿药柱径向的衰减速度最慢;在离爆心150mm范围外,各个方向的峰值压力衰减速度基本一致。
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