摘要： 激波管可以在實驗室環(huán)境下模擬爆炸產生沖擊波，具有參數易于控制和測量手段準確多樣等優(yōu)勢，在爆炸沖擊效應的研究中被廣泛應用。但與真實爆炸相比，尤其是近場爆炸，激波管產生的沖擊波存在正壓作用時間難以縮短、超壓峰值難以提升的困難。通過對激波管運行理論和數值模擬分析發(fā)現：縮短正壓作用時間的關鍵是讓反射稀疏波盡快追上入射激波；提升超壓峰值的關鍵是提高驅動氣體的驅動能力。為此，設計了一種驅動段為錐形截面的激波管，使得反射稀疏波更快地追上入射激波，從而有效減小激波管設備長度并縮短正壓作用時間；同時，采用正向爆轟驅動技術，利用化學能代替高壓空氣驅動提高驅動氣體聲速，在低爆轟初始壓力下可以獲得高的超壓峰值。數值計算結果表明，在入射激波馬赫數（MS=2.0）相同條件下，相對于等截面驅動方式，采用錐形截面驅動方式時，激波管長度可以減少近2/3，正壓作用時間可以縮短近1/2。激波管實驗結果表明，錐形截面驅動激波管產生的超壓曲線滿足近場爆炸沖擊波形要求，并獲得了超壓峰值為64.7～813.4 kPa、正壓作用時間為1.7～4.8 ms 的爆炸沖擊波波形。該研究可為近場爆炸沖擊波致傷及裝備防護效應評價實驗提供參考。

關鍵詞： 爆炸沖擊波；激波管；爆轟驅動；近場爆炸

中圖分類號： O389 國標學科代碼： 13035 文獻標志碼： A

爆炸產生的沖擊波具有強烈的破壞作用，不但會損害建筑結構，同時也會對人體造成傷害。早期的爆炸沖擊波研究主要關注的是強爆炸（如核爆炸）所引起的各種破壞效應，由此發(fā)展了系列研究裝置和測量手段，為人類深入理解爆炸沖擊波的特性，有效防范和減輕其帶來的危險提供了大量研究數據。但是，近些年軍事醫(yī)學研究表明，即使是輕微的沖擊波，也能夠使人體大腦神經受損，從而誘發(fā)小的、潛在的、會隨時間積累的病理效應，這些效應在受傷后的初期并不會被立即發(fā)現，而是在爆炸發(fā)生后的很長時間才會出現[1-3]。因此，醫(yī)學上迫切需要開展因爆炸沖擊造成的創(chuàng)傷性腦損傷的產生機制及治療方法[4]的研究。同時，在爆炸防護裝備研制中，也需要開展新型防彈材料對沖擊波防護性能的研究。對于這類問題的研究最直接的方法是自由場爆炸實驗，此方法的優(yōu)點是符合真實情況，但是爆炸現場環(huán)境一般比較惡劣，人力物力耗費很多，物理參數特別是體內響應物理參數的可控性和重復性差[5]，不利于開展生物相關實驗，并且炸藥爆炸的重復性差，難以開展精確測量。如果能夠在實驗室環(huán)境下復現爆炸沖擊波的加載情況，則可以更方便地開展精細化的測量研究。

激波管是一種典型的脈沖壓力產生裝置，從20 世紀50 年代，研究人員就開始了利用激波管產生爆炸沖擊波波形[6] 的研究，主要采用2 種驅動方式。一種方式是采用炸藥來驅動激波管，如Clemedson 等[7]、Filler[8] 和Stewart 等[9] 分別利用PETN、TNT 和C4 炸藥爆炸在激波管內產生爆炸沖擊波開展了相關實驗研究。通過炸藥驅動激波管產生的沖擊波波形接近自由場爆炸沖擊波波形[10-11]，但是使用炸藥具有一定的危險性，且設備維護費用較高，同時炸藥使用受限，無法廣泛使用。另外一種方式是采用壓縮氣體（空氣、氮氣或氦氣）來驅動激波管模擬爆炸沖擊波，其優(yōu)勢是操作簡單、成本低，但在改善波形方面還是經過了多年的探索和發(fā)展。如Celander 等[12]、Culbertson[13] 和Opalka 等[14] 開展了系列空氣驅動激波管模擬爆炸沖擊波實驗研究，但是負壓效果模擬不足。Yu 等[15] 和王正國等[16] 用壓縮空氣作為驅動氣體，驅動段采用等截面方式，為增大出口尺寸，被驅動段采用了擴張管，其產生的沖擊波波形可以模擬10 kT 核爆炸正壓作用時間[5]，激波管出口開口時正壓作用時間為32.7 ms，超壓峰值為219 kPa，同時也獲得了負壓模擬效果。

從上述文獻可以看出，早期激波管模擬爆炸沖擊波研究主要集中于強爆炸沖擊波模擬，需要模擬的爆炸沖擊波正壓作用持續(xù)時間長。近期，研究人員也一直在不斷地研制新的激波管裝置[17-20]，并開展了相關實驗研究和數值模擬[21] 分析，但是研究重點從強爆炸沖擊變成了近場爆炸波沖擊影響研究，比如對生物致傷的研究。

近場爆炸需要模擬的爆炸沖擊波正壓作用時間短，這對激波管設計提出了新的挑戰(zhàn)。首先，激波管模擬產生爆炸沖擊波時，正壓作用時間與其長度成正比，短正壓作用時間意味著激波管要足夠地短，但激波管運行同時需要保證一定的長徑比，否則高壓氣體破膜和激波形成過程會對其運行帶來非常不利的影響，不僅性能難以預測，重復性和可靠性也難以得到保證。其次，對高壓空氣驅動而言，由于高壓空氣能量密度有限，如要進一步提高超壓峰值，需要的高壓空氣壓力會急劇升高，這不僅給設備運行帶來困難，所產生的爆炸沖擊波波形也難以控制，很難滿足實驗需求。

本文中，分析激波管產生爆炸沖擊波的原理，開展相關數值計算，探討近場爆炸沖擊波模擬中的關鍵問題；提出采用一種錐形截面代替等截面驅動方式，使得稀疏波能夠更快地追上入射激波，從而減小激波管設備長度并縮短正壓作用時間；同時采用正向爆轟驅動技術，利用化學能代替高壓空氣，從而提高驅動氣體的聲速，進一步擴大超壓峰值范圍；在上述研究的基礎上，設計并研制一套近場爆炸沖擊波模擬激波管裝置，分別采用高壓空氣驅動和正向爆轟驅動開展系列實驗，并對實驗結果進行相關分析，以期為近場爆炸沖擊波致傷及裝備防護效應評價提供有力支持。

1 激波管模擬近場爆炸沖擊波存在的問題

1.1 典型爆炸沖擊波特征

點爆炸是常見的一種爆炸形式，通常用于引爆手雷、炸彈等場合。在點爆炸中，爆炸源集中在一個小區(qū)域內，產生的高壓力和高能量沖擊波能夠在極短時間內釋放強大的能量，瞬間造成周圍環(huán)境的損毀。目前，點爆炸是爆炸沖擊研究的主要對象，其產生的沖擊波具有特定的波形，典型的爆炸沖擊波曲線為Friedlander 波形，如圖1所示，其特征是前面有個非常陡的激波前沿，隨后是正壓作用和負壓作用過程。激波管模擬爆炸沖擊波的關鍵就是要復現超壓峰值、正壓作用時間以及負壓這3 個關鍵參數。

理想Friedlander 波形的壓力和時間關系式[22] 為：

式中：p（t）為不同時刻的沖擊波壓力，Δpmax為激波后的最大超壓峰值，t為時刻，Δt+為正壓作用時間。

目前，在國內開展的沖擊防護實驗研究中，通常使用當量10 kg 以內的TNT 裸炸藥，試驗樣品距爆心2～6 m。以7 kg 當量TNT 炸藥為例，在距爆心3.8 m 處產生的沖擊波超壓峰值約為200 kPa，正壓作用時間約為2.6 ms。隨著到爆心位置距離（即爆心距）的增大，激波強度逐漸減弱，對應的超壓峰值也逐漸減小，正壓作用時間逐漸增長。采用激波管模擬近場爆炸沖擊波，就是要產生同實爆場接近的沖擊加載波形，因此需要模擬的正壓作用時間短于5 ms，超壓峰值范圍為50～1 000 kPa。

1.2 激波管模擬爆炸沖擊波原理

以壓縮氣體驅動激波管模擬爆炸沖擊波為例，激波管一般包括兩部分，充入高壓氣體的驅動段和常壓下的被驅動段，二者之間通過膜片隔離。驅動段采用等截面時，激波管內的運行波系如圖2（a） 所示，驅動段長度為L，當驅動段充氣壓力達到膜片臨界壓力，破膜后激波管內會形成一道向右傳播的入射激波S 和一束向左傳播的中心稀疏波R，入射激波壓縮被驅動段內的空氣使得壓力升高，從而產生階躍壓力，并出現一個平臺壓力，如圖2（b） 所示，這個平臺壓力波形并不符合典型爆炸沖擊波波形。當中心稀疏波的波頭碰到激波管尾端時會產生反射稀疏波，其傳播速度是氣流速度u 加上當地聲速a，反射稀疏波首先在XC 位置追上驅動氣體和試驗氣體的接觸面C，之后繼續(xù)向右在XS 位置追上入射激波。在XS 位置以后，入射激波壓縮后的氣體壓力會突然起跳后迅速下降，不再出現壓力平臺，其波形同爆炸沖擊波正壓作用相似。同時驅動段氣體過度膨脹后會形成負壓區(qū)，從而導致接觸面C 會往左運動，因此試驗位置壓力會下降到被驅動段初始壓力以下，從而形成爆炸沖擊波負壓作用效果。

1.3 存在的問題

從上述運行原理可以看出，只有當反射稀疏波追上入射激波（XS 位置）后，激波管內的壓力波形才沒有平臺壓力，從而符合爆炸沖擊波波形，可以作為試驗區(qū)域。XS 位置同驅動段長度L、驅動段內的氣體聲速a4 和被驅動段內的氣體聲速 以及入射激波馬赫數MS 相關。當驅動段和被驅動段內都為空氣時，根據經典激波管理論和準一維計算方法[23] 計算得到常規(guī)激波管模擬爆炸沖擊波參數曲線如圖3 所示，圖中Δp+為不同位置超壓峰值， p1為被驅動段壓力， p4為驅動段壓力。

由圖3（a） 可以看出，當MS＜1.4 時，隨著激波馬赫數的增大，XS/L 呈減小趨勢，即當驅動段長度L 一定時，隨著激波馬赫數的增大，反射稀疏波追上入射激波的距離在縮短；當MS＞1.4 時，隨著入射激波馬赫數的增大，XS/L 呈增大趨勢，即當驅動段長度L 一定時，隨著激波馬赫數的增大，反射稀疏波追上入射激波的距離也增長。在開展沖擊波實驗時，樣品位置需要放置在XS 位置之后，這時激波管內的波形才能滿足爆炸波對波形的要求。因此，樣品放置位置距離破膜位置至少要比驅動段長度長15 倍以上，這就造成激波管設備長度需要很長，并且激波越強樣品放置距離也越遠，從而造成激波管的有效長度利用率較低。

常規(guī)激波管模擬爆炸沖擊波中隔離長度增大后還存在2 個問題：一是最大超壓峰值Δpmax是在反射稀疏波追上入射激波之前，也就是在XS 位置之前最大的超壓，由于在XS 位置之后的波形才符合爆炸沖擊波波形，而反射稀疏波追上入射激波后會不斷削弱入射激波強度，因此不同位置超壓峰值Δp+隨著激波管沿程測點位置向后會不斷減小，如圖3（b） 所示；二是隨著測點距離的增大，正壓作用時間也在增長，同時正壓作用時間隨入射激波馬赫數增大也會增長，如圖3（c） 所示，其中a1Δt+/L 為無量綱數。對于大當量爆炸模擬，正壓作用時間長，常規(guī)激波管模擬可以滿足時間要求，但是對于近場爆炸模擬，正壓作用時間只有幾毫秒，常規(guī)激波管采用等截面驅動時其正壓作用時間難以縮短。

同時，常規(guī)激波管模擬爆炸沖擊波采用高壓空氣驅動時，從最大超壓峰值Δpmax和驅動段初始壓力p4與入射激波馬赫數的關系（圖3（d））可以看出，隨著馬赫數的增大，最大超壓峰值增大，最大超壓峰值同馬赫數接近成線性關系，但是驅動段初始壓力p4同馬赫數則呈指數關系，這會給設備運行帶來極大難度。例如，將超壓峰值從200 kPa 提高到400 kPa，p4則需要從1.2 MPa 提高到4.5 MPa，而如果將超壓峰值提高到500 kPa，p4則需要提高到8.1 MPa。驅動氣體壓力越高對設備結構設計要求越高，同時對運行安全性要求也越高，所產生的爆炸沖擊波波形也越難以控制，很難滿足實驗需求。

2 近場爆炸沖擊波模擬關鍵技術

2.1 驅動段錐形截面技術

分析激波管模擬爆炸沖擊波的過程可知，只有在反射稀疏波追上入射激波以后的位置，波形才能符合典型爆炸沖擊波波形。如果能讓反射稀疏波更快地追上入射激波，則可以大大縮短反射稀疏波追上入射激波的距離，從而減少激波管設備長度。等截面激波管中，左行稀疏波碰到驅動段尾端才產生反射稀疏波，要想讓稀疏波更快地追上入射激波，則需要更快地產生反射稀疏波，因此驅動段可以采用變截面形狀設計，使得稀疏波更早地產生反射，而最簡單的變截面就是錐形截面。

以入射激波馬赫數MS=2.0 為例，驅動段為等截面和錐形截面時激波管內的波系如圖4 所示，圖中D 為被驅動段內徑，t 為時間。從圖4（b）可以看出，錐形截面驅動中，在破膜瞬間產生的左行稀疏波一開始就在錐形截面上產生反射，反射稀疏波從被驅動段頭部就開始追上入射激波，從而產生爆炸沖擊波的波形。同時從接觸面運動軌跡也可以看出，接觸面被限制在很小的區(qū)域。MS=2.0 時，接觸面位置限制在X/L＜8 內，X/L＞8 就可以作為試驗區(qū)，而等截面驅動的有效試驗區(qū)域X/L＞22.4，因此，當驅動段長度L 一定時，錐形截面可以有效減小激波管設備長度。

驅動段橫截面為錐形截面的激波管內的壓力分布曲線如圖5（a） 所示，隨著入射激波傳播方向距離增大，超壓峰值不斷減小，其減小趨勢比等截面激波管中的減小趨勢更快。驅動段橫截面為等截面和錐形截面的激波管內的正壓作用時間對比如圖5（b） 所示，由于驅動段橫截面為錐形截面的激波管內反射稀疏波強度更高，因此，其正壓作用時間比驅動段橫截面為等截面的激波管內的要短，可以滿足近場爆炸沖擊波正壓作用時間短的模擬需求。但是在錐形驅動中，隨著距離X/L 的增大，正向持續(xù)時間也會增長，并且增長趨勢同等截面驅動中的相同。

不同入射激波馬赫數下的計算結果都表明驅動段錐形截面激波管比等截面激波管所需隔離長度要短很多，因此采用錐形截面作為驅動段可以大大提高激波管模擬爆炸沖擊波設備的有效利用率。同時，采用錐形截面產生的爆炸沖擊波正壓作用時間短，可以改善模擬的爆炸沖擊波波形，使其更接近真實近場爆炸沖擊波。

2.2 正向爆轟驅動技術

當采用高壓空氣驅動時，最大超壓峰值與MS 近似呈線性關系，但是驅動段初始壓力與MS 呈指數關系。因此，采用空氣驅動模擬產生爆炸沖擊波時，高壓驅動壓力通常小于4.5 MPa，所產生的最大超壓峰值通常小于400 kPa，繼續(xù)提升超壓峰值需要進一步提高空氣壓力，這會對破膜技術和激波管運行安全帶來新的挑戰(zhàn)，使得進一步提升超壓峰值比較困難。另一種提高驅動段驅動能力的方法是提高驅動氣體聲速，為此，采用正向爆轟驅動技術代替高壓空氣驅動，提高超壓峰值同時不會增加正壓作用時間。

爆轟驅動時，爆轟波前沿為強激波，可燃物受到強烈的壓縮后，立即快速完成化學反應并釋放出大量的化學能，形成高溫高壓的爆轟產物，爆轟產物氣體聲速高，利用爆轟產物壓縮試驗氣體從而產生強的入射激波，達到高的超壓峰值需求。當驅動段為錐形截面，采用正向爆轟驅動時激波管內的波系如圖6 所示，驅動動段末端起爆產生的爆轟波下行在膜片處匯聚，形成高溫高壓驅動氣源破膜，在激波管中形成強激波并壓縮試驗氣體（空氣），從而形成所需要的沖擊波。正向爆轟是直接利用爆轟后并伴隨Taylor 波的爆轟產物作為有效驅動氣體，其速度、溫度和壓力等參數是衰減的，Taylor 波會追上入射激波并不斷降低其強度，因此其產生的波形和爆炸沖擊波非常接近，可以作為爆炸沖擊波驅動源。同時可以看到，接觸面被限定在很小的范圍內，從而不會對試驗氣流產生影響。

以氫氧爆轟驅動為例，當錐形驅動段長度為0.5 m、燃氣充氣物質的量的比n（H2）∶n（O2）=3∶1 和初始壓力為0.5 MPa 時，計算得到不同時刻激波管內的壓力和溫度分布如圖7 所示。

在驅動段內最大壓力峰值為Chapman-Jouget（CJ）理論值，但是由于Taylor 波的作用壓力會迅速下降至峰值的一半以下，然后維持恒定，如圖7（a） 所示，這就是典型的CJ 爆轟壓力曲線。由于爆轟波從驅動段上游端部起始，當爆轟波到達膜片處時，驅動段內的氫氧混和氣全部反應完畢，變成高溫高壓的驅動氣體。膜片破裂后，驅動氣體通過中心稀疏波膨脹加速進入到被驅動段，同時在被驅動段內形成入射激波，如圖7（b）～（c） 所示。由于正向爆轟驅動激波管是直接利用爆轟波后的氣體作為驅動氣體，這部分氣體受Taylor 波的影響，爆轟波后的壓力和速度向上游逐漸下降，因此也導致了入射激波后的壓力和速度不斷下降直至中心稀疏波尾，如圖7（d） 所示。由于稀疏波不斷追趕入射激波并使其不斷衰減，入射激波后不存在參數均勻區(qū)，這也正好符合爆炸沖擊波衰減曲線模擬要求。

激波管不同位置壓力曲線如圖8 所示，可以看出，由于爆轟后產生的Taylor 稀疏波和入射激波方向相同，從而會不斷追趕入射激波并使其不斷衰減，所以激波管內的壓力波形和爆炸沖擊波衰減趨勢一致。

通過上述計算分析可知，驅動段采用錐形截面時可以獲得很短的正壓作用時間，正向爆轟驅動可以獲得更高的超壓峰值。在此基礎上，研制了一套驅動段橫截面為錐形的激波管模擬爆炸沖擊波裝置，用于模擬產生近場爆炸沖擊波，并開展了相關驗證實驗。

3 實驗與討論

3.1 實驗設備

研制的近場爆炸沖擊波模擬激波管裝置如圖9 所示，該設備激波管段長度為8.2 m，其中，高壓驅動段長0.7 m，內部采用錐形截面，最大內徑為0.3 m；低壓被驅動段長度為7.4 m，包括長3 m 的等徑段（內徑為0.3 m）、長3 m 的直通型擴張段（出口處內徑為0.5 m）和長1.4 m 的等徑試驗段（內徑為0.5 m）。試驗艙長度為10 m，內徑為1.4 m。高壓驅動段安裝有3 個高壓氣動閥，分別為氫氣、氧氣和氮氣閥門，通過充氣控制系統(tǒng)充氣。該激波管可以采用高壓空氣驅動，也可以采用爆轟驅動。在驅動段端部安裝高壓點火管，爆轟驅動時用于點燃氫氧混合氣體，從而產生高溫高壓驅動氣體。在試驗段距離激波管出口0.05 m 的激波管壁面上，安裝壓力傳感器作為來流自由場測點，壓力傳感器采用PCB113B21 壓電傳感器，信號經過調理后通過數據采集器進行采集和存儲波形。

3.2 高壓空氣驅動實驗

采用高壓空氣驅動時，直接通過氮氣氣動閥向驅動段內充入空氣，根據超壓峰值模擬需求，采用滌綸膜或者刻槽鋁膜作為膜片，當空氣壓力達到膜片最大承受壓力時膜片突然破裂，從而在被驅動段內產生入射激波，獲得壓力波曲線。

圖10 為采用高壓空氣驅動時獲得的典型壓力曲線，實驗結果表明，超壓峰值越大，正壓作用時間越長，這同激波管理論計算結果一致。驅動段采用錐形截面后，正壓作用時間能滿足近場爆炸沖擊波要求，同時，從圖10 也能看到明顯的負壓作用。如果繼續(xù)提高驅動段壓力，可以獲得更高的超壓峰值，正壓作用時間也隨之延長。

3.3 正向爆轟驅動實驗

采用爆轟驅動時，需要通過高壓氣動閥按照設計比例向驅動段內充入混合燃氣，然后采用高壓點火器產生電火花，點燃混合氣體，從而產生氣相爆轟。

圖11 是采用充氣物質的量的比n（H2）∶n（O2）=3∶1 作為正向爆轟驅動氣體獲得的典型超壓曲線，從實驗結果可以看出，正向爆轟驅動可以獲得較高的超壓峰值，且正壓作用時間短，壓力曲線有明顯負壓作用效果，能夠滿足近場爆炸沖擊波模擬要求。

正向爆轟驅動下，不同初始壓力條件獲得的超壓峰值和正壓作用時間如表1 所示，可以看出，提高爆轟初始壓力，可以提高超壓峰值，但是對正壓作用時間影響不大，這是由于正向爆轟驅動稀疏波傳播方向和入射激波一致，其波形衰減特性基本一致，因此正壓作用時間基本相同。采用爆轟驅動代高壓空氣驅動，只需很低的初始壓力就可以獲得較高超壓峰值。

3.4 討論

采用準一維計算方法[23] 對激波管模擬爆炸沖擊波實驗工況進行數值計算分析，分析實驗獲得的超壓曲線、數值計算結果以及與理想Friedlander 波形的差異。

在高壓空氣驅動時，選取圖10（b） 工況計算得到的激波管內波系如圖12（a） 所示，不同顏色表示不同壓力，可以明顯看到入射激波和反射激波相互作用過程，實驗測點位置數值計算結果如圖12（b） 所示，為分析實驗獲得沖擊波的衰減歷程，將根據公式（1） 計算得到的理想爆炸波波形也繪制在圖12（b） 中。

通過對比可以看出，在正壓作用時，實驗獲得沖擊波曲線衰減歷程同理想Friedlander 波形衰減歷程基本一致，同時，正壓作用時實驗結果同數值計算結果也基本符合。在負壓作用時，實驗結果同理想爆炸波曲線有所差異，這是由于激波管運行原理同火藥爆炸還是有所差異，只能模擬部分負壓作用效果，然而在爆炸沖擊中，正壓作用是占主導因素，因此，激波管可以作為爆炸沖擊波研究手段開展相關實驗。需要說明的是，數值計算結果中負壓偏大，這是由于激波管出口突然膨脹，會產生渦流等復雜波形干擾，所采用的準一維計算方法無法完全模擬，需要開展二維數值計算，由于本文重點是介紹爆炸波模擬驅動方法，這里就不詳細討論。

在正向爆轟驅動時，選取圖11（b） 工況計算得到的激波管內波系如圖13（a） 所示，實驗結果和計算結果比較如圖13（b） 所示。圖13（a） 中不同顏色對應不同的壓力分分布，可以看出爆轟驅動時在激波管內存在復雜的波系結構，但是實驗測點位置獲得的沖擊波曲線同Friedlander 波形符合很好，數值模擬結果同樣是受出口膨脹波影響與實驗曲線有所差異，后續(xù)也將針對出口復雜波系結構開展深入研究。

在爆轟驅動方式下，進一步提高爆轟初始壓力，可以獲得更高的入射激波馬赫數，從而得到更高的超壓峰值。但是需要注意的是，隨著入射激波馬赫數的增大，接觸面?zhèn)鞑ゾ嚯x也會增大，甚至可以到達試驗測點位置，也即爆轟高溫燃氣產物到達測試樣品位置。圖14（a） 為正向爆轟驅動過程中激波管內的溫度場分布，可以看出，爆轟高溫氣體在實驗過程中會達到測點位置，圖14（b） 為壓力傳感器測點位置的溫度計算結果，入射激波到達后氣體升溫是入射激波壓縮空氣后產生的，后來隨著接觸面的到來，爆轟高溫燃氣達到，因此測點溫度升高到了1 500 K 左右。在爆炸沖擊波模擬實驗中，應避免接觸面達到測點位置，因此模擬的超壓峰值應在合理范圍。但是當接觸面到達測點位置后，也可以模擬近場爆炸中火球溫度場對試驗樣品的影響。

4 結 論

開展了激波管模擬產生近場爆炸沖擊波計算和實驗研究，分析了常規(guī)激波管在模擬近場爆炸沖擊波時存在的問題，設計了一種驅動段為錐形截面驅動的激波管，研制了一套爆炸沖擊波模擬裝置，并采用空氣驅動和爆轟驅動開展了相關驗證實驗，得到的結論如下。

（1） 常規(guī)激波管采用等截面高壓空氣驅動，設備的有效長度利用率較低，正壓作用時間長，提高超壓峰值困難，難以滿足近場爆炸沖擊波模擬需求。

（2） 驅動段采用錐形截面可以讓稀疏波更快地反射，從而改善模擬產生的爆炸沖擊波波形，正壓作用時間可以縮短近一半，同時可以提高設備的有效利用率。

（3） 采用正向爆轟驅動技術，利用化學能代替高壓空氣驅動提高驅動氣體聲速，在低爆轟初始壓力下可以獲得高的超壓峰值，產生的超壓曲線滿足近場爆炸沖擊波形要求。

（4） 研制了一套模擬產生近場爆炸沖擊波的激波管裝置，測試獲得了超壓峰值為64.7～813.4 kPa、正壓作用時間為1.7～4.8 ms 的爆炸沖擊波波形，該裝置可為近場爆炸沖擊波致傷及防護效應評價提供實驗條件。

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（責任編輯 張凌云）