摘要： 基于高壓氣體驅(qū)動(dòng)的爆炸波模擬激波管，一般采用驅(qū)動(dòng)段、喉部、膨脹段的結(jié)構(gòu)形式，可產(chǎn)生特征與爆炸波接近的模擬沖擊波，是實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展長(zhǎng)正壓作用時(shí)間爆炸毀傷效應(yīng)研究的理想平臺(tái)。通過(guò)調(diào)整激波管的變截面結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)段形狀，實(shí)現(xiàn)沖擊波超壓衰減歷程的控制，是此類爆炸波模擬激波管設(shè)計(jì)面臨的核心問(wèn)題之一。基于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的爆炸波模擬激波管結(jié)構(gòu)，建立了激波管內(nèi)一維流動(dòng)數(shù)值計(jì)算模型；參考統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，提出了基于決定系數(shù)的激波管模擬沖擊波與標(biāo)準(zhǔn)爆炸波相似度評(píng)價(jià)方法；進(jìn)而以變截面激波管的流動(dòng)特性為基礎(chǔ)，研究了驅(qū)動(dòng)段形狀對(duì)沖擊波衰減歷程的影響機(jī)理。研究結(jié)果表明：采用距離喉部越遠(yuǎn)、截面直徑越小的驅(qū)動(dòng)段形狀，以決定系數(shù)為量化標(biāo)準(zhǔn)、優(yōu)化驅(qū)動(dòng)段形狀，控制稀疏波、壓縮波在激波管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，可以獲得接近于爆炸波指數(shù)衰減特征的模擬沖擊波。

關(guān)鍵詞： 激波管；爆炸波模擬；沖擊波超壓；衰減歷程調(diào)控；相似度評(píng)估

中圖分類號(hào)： O383.3 國(guó)標(biāo)學(xué)科代碼： 13035 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

高壓氣體驅(qū)動(dòng)激波管可以產(chǎn)生正壓作用時(shí)間長(zhǎng)、特征與強(qiáng)爆炸相符合的沖擊波，是實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開(kāi)展強(qiáng)爆炸沖擊波毀傷效應(yīng)研究的理想實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，已經(jīng)應(yīng)用于武器裝備[1]、建筑結(jié)構(gòu)[2]、生物等爆炸損傷[3] 的實(shí)驗(yàn)研究。利用激波管產(chǎn)生沖擊波，再通過(guò)喉部和驅(qū)動(dòng)段形狀等變截面結(jié)構(gòu)調(diào)控沖擊波衰減歷程，是爆炸波模擬激波管物理設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)問(wèn)題之一。

變截面激波管中沖擊波的早期研究以理想激波管流動(dòng)理論[4] 為基礎(chǔ)，拓展到收縮、擴(kuò)張截面對(duì)沖擊波陣面強(qiáng)度、波后氣流速度的影響，形成了比較經(jīng)典的CCW 理論[5-8]，可用于變截面激波管中沖擊波強(qiáng)度變化的預(yù)估。沖擊波衰減歷程的調(diào)控方法主要有兩種。第一種是在驅(qū)動(dòng)段中加入系列不同漏空率的帶孔板，通過(guò)帶孔板控制稀疏波的反射、透射過(guò)程，達(dá)到了延長(zhǎng)沖擊波正壓作用時(shí)間、并將沖擊波由平臺(tái)狀調(diào)整為指數(shù)衰減形狀的目的[9]。但這種方法要求驅(qū)動(dòng)段內(nèi)的擋板數(shù)量可變、漏空面積可調(diào)、位置可變，工程實(shí)施的難度較大[10]。第二種方法是將激波管設(shè)計(jì)為變截面結(jié)構(gòu)，首先在驅(qū)動(dòng)段后增加喉部[11-12]，再將驅(qū)動(dòng)段改為錐形、階梯形[13]，利用喉部和驅(qū)動(dòng)段的形狀變化，控制沖擊波衰減歷程?；谧兘孛娴臎_擊波衰減歷程控制方法在爆炸波模擬激波管的建設(shè)中應(yīng)用比較廣泛[14]，但相關(guān)的公開(kāi)文獻(xiàn)中，大多只是簡(jiǎn)要介紹了計(jì)算方法，較少涉及規(guī)律性認(rèn)識(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，且?guī)缀鯖](méi)有涉及激波管模擬沖擊波與真實(shí)爆炸波相似度的評(píng)價(jià)方法問(wèn)題。

本文中，針對(duì)高壓氣體驅(qū)動(dòng)爆炸波模擬激波管的沖擊波衰減歷程控制問(wèn)題，通過(guò)分析激波管內(nèi)一維流動(dòng)特征，研究變截面結(jié)構(gòu)對(duì)沖擊波衰減歷程的影響規(guī)律；構(gòu)建激波管模擬沖擊波與標(biāo)準(zhǔn)爆炸波相似度的評(píng)價(jià)方法；設(shè)計(jì)變截面驅(qū)動(dòng)段的激波管以產(chǎn)生衰減歷程符合指數(shù)特征的模擬沖擊波，并開(kāi)展實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。