CN1013998B - 二维轴对称爆炸动高压流场的拉氏测量方法 - Google Patents

Abstract

一种二维轴对称流场的拉氏测量方法，采用二维锰铜-康铜环型组合拉氏量计和两种隔板加载装置，可以测量二维轴对称动高压流场中不同拉氏位置上的压力和质点经向位移随时间的变化，从而可以进行准一维拉氏分析计算，得到相应流场中的其他物理量即比容V和质点速度U。锰铜箔和康铜箔的动态拉伸系数设有专门的实验进行标定。

Description

本发明是一种测量技术，可用于二维轴对称动高压流场的测量，这种测量方法为拉格朗日测量方法，简称拉氏测量方法，即传感器随被测质点一起运动，同时记录下该被测质点的压力或径向位移随时间的变化规律。

目前，关于这种技术，由于只是单一的电磁速度计和拉伸位移计，因而只能测量惰性介质中轴对称流场的一个拉氏位置上的质点的径向位移，不能用于反应流场，即使用多个单一的电磁速度计和拉伸位移计来测量惰性介质中轴对称流场的两个以上拉氏位置上的质点的径向位移，其测量结果也不能进行二维流场的拉氏分析计算，并且量计的动态拉伸系数没有进行实验标定。

目前已知的在先技术如下：

[1]G.Rosemberg，D.Yaziv    and    M.mayseless，APS    Topical    Conference    on    Shock    Waves    in    Condensed    Matter-1981，p.495，USA.（摘要中）

[2]Zvi    Rosenberg，Meir    Mayseless    and    Gideon    Rosenberg，SHOCK    WAVES    IN    CONDENSED    MATTER-1983，J.R.Asay，R.A.Graham，G.K.Straub（editoys），Elsevier    Science    Publishers    B.V.1984，p.247（引言中的第二段）

本发明的目的是建立一种新的二维轴对称动高压流场的测量技术，不仅用于惰性流场，而且用于反应流场，可同时测得两个不同的拉氏位置上的压力和径向位移随时间的变化规律，这对于提高炸药的能量利用率，防止材料层裂破坏，控制传爆对称性及炸药的安全性的研究具有明显的实际意义。

一种二维轴对称流场的拉氏测量方法，采用二维锰铜-康铜环型组合拉氏量计（1）进行测量，每个拉氏量计（1）由两个锰铜四端量计（2）和康铜四端量计（3）组成，其厚度为20μm左右，每个拉氏量计（1）有多个不同半径的同心园弧状的敏感部分（4），其宽度为0.2mm，每个半径配一个锰铜四端量计（2）和一个康铜四端量计（3）。拉氏量计（1）的两面用0.05mm左右厚的聚乙烯醇缩甲乙醛作基底（5）起支撑和包封作用，在测量中可根据压力高低和记录时间的长短，选用0.05mm和0.2mm厚的聚四氟乙烯薄膜从两面进行包封，用203A胶粘接在基底（5）上。每个锰铜四端量计（2）或康铜四端量计（3）的外边两根引线为电源端引线（6），接脉冲恒流源，中间两根引线为信号端引线（7），接示波器。拉氏量计（1）用光刻方法制成。测量时，将拉氏量计（1）放置被测截面上，可同时测得四个信号，即可得到两个不同拉氏位置上的压力P和径向位移（r-r₀）随时间的变化规律。

$\mathrm{P\; =\; a\; ［\; (}\frac{\mathrm{△\; R}}{R_O}{)}_m-\frac{K_m}{K_c}(\frac{\mathrm{△\; R}}{R_O}{)}_c］$

${\mathrm{r\; -\; r}}_o=\frac{r_o}{K_c}(\frac{\mathrm{△\; R}}{R_o}{)}_c$

式中：P-压力

r₀-敏感部分的初始半径

r-r₀-质点的径向位移

△R/R₀-示波器的记录结果

α-锰铜的压阻系数

K-动态拉伸系数

下标m和c分别表示锰铜和康铜

锰铜的压阻系数α采用标准的一维动高压方法标定，锰铜箔（24） 和康铜箔（25）的动态拉伸系数K_m和K_c由实验标定。根据测得的压力P和径向位移r用下面两式求得相应的比容V和质点速度u即：

式中的下标1表示冲击波阵面上的量，下标j表示沿径线，下标h表示沿迹线。锰铜箔（24）或康铜箔（25）的动态拉伸系数K_m和K_c的标定实验方法是将待测的锰铜箔（24）或康铜箔（25）用502胶粘贴在用铜、铝或有机玻璃材料制成的管壳（8）上，呈封闭的园环型，接口处用很薄的胶带绝缘，从两个端点分别引出一对电源端（9）引线和一对信号端（10）引线，构成一个四端回路，管壳（8）内装有驱动炸药（11），高速相机的狭缝（12）对准待测的园环型的锰铜箔（24）或康铜箔（25），同时对准作为背景光源的发光药柱（13）的中线，贴有锰铜箔（24）或康铜箔（25）的管壳（8）置于发光药柱（13）的前方，其轴线与发光药柱（13）的轴线相垂直。高速摄影底片上记录下锰铜箔（24）或康铜箔（25）的直径的变化过程△r/r₀，电测系统记录下锰铜箔（24）或康铜箔（25）的电阻的变化过程△R/R₀，用两个高压雷管（14）同时起爆发光药柱（13）和管壳（8）内的驱动炸药（11）。为了确定光测信号与电测信号的相对位置，在发光药柱（13）上留有空气隙（14），空气隙（14）中插有电探针（15），当爆轰波经过空气隙（14）时，一方面在高速摄影底片上留下发光点，另一方面使电探针（15）导通，在电测信号上留下相应的电脉冲信 号，以此来确定光测信号与电测信号的相对位置。电测信号记录采用双通道数字示波器（16），一个通道记录被测锰铜箔或康铜箔的电阻变化，另一个通道记录发光药柱（13）中的电探针（15）产生的电脉冲，两个通道是在脉冲恒流源（17）向四端回路供电瞬间，同时触发的。而脉冲恒流源（17）用专门的触发探针（26）触发。信号记录终端采用高阻输入，电路阻抗匹配在始端串接一个50Ω的电阻。从电测信号中得到△R/R₀，从光测信号中得到△r/r₀，R₀和r₀分别为被测锰铜箔（24）或康铜箔（25）的初始电阻和初始半径，△R和△r分别为电阻和半径随时间的变化值。那么动态拉伸系数应为：

$\mathrm{K\; =}\frac{{\mathrm{△\; R\; /R}}_o}{{\mathrm{△r\; /\; r}}_o}$

标定后可得到不同时刻对应于不同应变值的K值：

式中：ε＝△r/r₀

二维轴对称动高压流场的冲击波加载由加载装置（23）完成。加载装置（23）由雷管（18），有机玻璃套（19），加载药柱（20）和金 属隔板（21）组成，实验时将雷管（18），有机玻璃套（19），加载药柱（20）和金属隔板（21）依次叠摞起来，放置于被测炸药（22）之上，距离被测炸药（22）上端面h处放有拉氏量计（1）测量二维轴对称冲击波起爆过程中的压力分布和径向位移分布。这种加载装置（23）的加载药柱（20）可为压装TNT，φ20.2×39.6（ρ₀＝1.58g/cm³）+φ40.3×49.7（ρ₀＝1.59g/cm³），金属隔板（21）的直径为φ50.0，Al，ρ₀＝2.78g/cm³，这种加载装置（23）可研究侧向效应较小的流场。加载药柱（20）也可为φ20.1×19.8（ρ₀＝1.59g/cm³），金属隔板（21）的直径为φ＝20.0，cu，ρ＝8.924g/cm³，它可研究侧向效应较大的流场。调整金属隔板的厚度X，可得到不同幅度P的输出压力脉冲，前两种情况下的加载装置（23）在实验中可分别给出金属隔板（21）的厚度X与输出压力P的标定曲线A和B，见附图八、九。

本发明开创了二维轴对称高压流场的拉氏测量技术，解决了动高压测量技术的一个难题，可为设计和数值计算提供新的，更可靠的实验数据。

附图一-a、b、二、三-a、b、c、d、四、五、六、七-a、b、八、九为最佳实施例简图。

附图一-a为二维锰铜-康铜环型组合拉氏量计

附图一-b为锰铜或康铜四端量计

附图二为动态拉伸系数测量实验装置

附图三-a为带雷管的发光药柱

附图三-b为带雷管的发光药柱的俯视图

附图三-c为雷管的主视图

附图三-d为雷管的俯视图

附图四为动态拉伸系数测量实验的电测系统

附图五为动态拉伸系数测量实验的光测信号

附图六为动态拉伸系数测量实验的电测信号

附图七-a为加载装置

附图七-b为带雷管的加载装置

图中主要结构如下：拉氏量计（1），锰铜四端量计（2），康铜四端量计（3），敏感部分（4），基底（5），电源端引线（6），信号端引线（7），管壳（8），电源端（9），信号端（10），驱动炸药（11），狭缝（12），发光药柱（13），空气隙（14），电探针（15），示波器（16），脉冲恒流源（17），雷管（18），有机玻璃套（19），加载药柱（20），金属隔板（21），被测炸药（22），加载装置（23），锰铜箔（24），康铜箔（25），触发探针（26）。

Claims (3)

1、一种二维轴对称爆炸动高压流场的拉氏测量方法，其特征在于：这种拉氏测量方法采用二维锰铜-康铜环型组合拉氏量计(1)，每个二维锰铜-康铜环型组合拉氏量计(1)由两个锰铜四端量计(2)和两个康铜四端量计(3)组成，其厚度为20μm左右，每个拉氏量计(1)有多个不同半径的同心园弧状的敏感部分(4)，其宽度为0.2mm，每个半径配一个锰铜四端量计(2)和一个康铜四端量计(3)，每个锰铜四端量计(2)或康铜四端量计(3)的外边两根引线为电源端引线(6)，接脉冲恒流源，中间两根引线为信号端引线(7)，接示波器。测量时拉氏量计(1)放置被测截面上，由加载装置(23)进行二维轴对称流场的冲击波加载，可同时测得四个信号，即可得到两个不同拉氏位置上的压力P和径向位移(r-r_o)随时间的变化规律为：

$\mathrm{P\; =\; a\; ［\; (}\frac{\mathrm{△\; R}}{R_O}{)}_m-\frac{K_m}{K_c}(\frac{\mathrm{△\; R}}{R_O}{)}_c］$

${\mathrm{r\; -\; r}}_o=\frac{r_o}{K_c}(\frac{\mathrm{△\; R}}{R_o}{)}_c$

式中：P-压力

r_o-敏感部分的初始半径

r-r_o-质点的径向位移

△R/R_o-示波器的记录结果

      α-锰铜的压阻系数

      K-动态拉伸系数

      下标m和c分别表示锰铜和康铜

根据测得的压力P和径向位移r用下面两式求得相应的比容V和质点速度u即：

式中的下标1表示冲击波阵面上的量，下标j表示沿径线，下标h表示沿迹线；压力P随时间的变化规律表达式中的锰铜压阻系数α采用标准的一维动高压方法标定：锰铜箔(24)和康铜箔(25)的动态拉伸系数Km和Kc的动态标定实验方法为：将待测的锰铜箔(24)或康铜箔(25)粘贴在用铜、铝，或有机玻璃材料制成的管壳(8)上，呈封闭园环型，从两个端点分别引出一对电源端(9)引线和一对信号端(10)引线，构成一个四端回路，管壳(8)内装有驱动炸药(11)，发光药柱(13)作为背景光源，靠高速像机记录下锰铜箔(24)或康铜箔(25)的直径的变化过程△r/r_o，电测系统记录下锰铜箔(24)或康铜箔(25)的电阻变化△R/R_O，光测信号与电测信号的相对位置靠发光药柱(13)上留有的空气隙(14)中插有的电探针(15)来确定。那么动态拉伸系数应为：

$\mathrm{K\; =}\frac{{\mathrm{△\; R\; /R}}_o}{{\mathrm{△r\; /\; r}}_o}$

标定后可得到不同时刻对应于不同应变值的K值：

式中：ε=△r/r_O

2、如权利要求1所述的二维轴对称爆炸动高压流场的拉氏测量方法，其特征在于：所述的用于二维轴对称流场的冲击波加载的加载装置（23）由雷管（18），有机玻璃套（19），加载药柱（20）和金属隔板（21）组成，实验时将雷管（18），有机玻璃球套（19），加载药柱（20）和金属隔板（21）依次叠摞起来，放置于被测炸药（22）之上，距离被测炸药（22）上端h处放有拉氏量计（1）测量二维轴对称冲击波起爆过程中的压力分布和径向位移分布。

3、如权利要求2所述的二维轴对称爆炸动高压流场的拉氏测量方法，其特征在于：所述的用于二维轴对称爆炸动高压流场的冲击波加载的加载装置（23）的加载药柱（20）为压装TNT，φ20.2×39.6（ρ₀＝1.58g/cm³）+φ40.3×49.7（ρ₀＝1.59g/cm³），金属隔板（21）的直径为φ50.5，Al，ρ₀＝2.78g/cm³，加载药柱（20）也可为φ20.1×19.8（ρ₀＝1.59g/cm³），金属隔板（21）的直径为φ20.0，cu，ρ＝8.924g/cm³，调整金属隔板（21）的厚度X，可得到不同幅度P的输出压力脉冲。

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