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炸药爆轰波压力测试技术研究

魏林  
【摘要】:压力是表征物质状态的一个基本物理量,它与人们的日常生活息息相关,比如在国民经济建设和国防建设中,军工产品的生产和战略战术武器的研制等方面,我们需要对其动态高压(地下核弹爆炸、动能弹的拦截和侵彻、水下冲击波等压力)进行爆轰压力测量,以此来为国防建设服务。以前,对于爆轰波压力的测量主要是以静态爆轰理论为基础,并研究其爆轰波结构C‐J面,构建Z‐N‐D模型,初始化爆压参数,通过间接测量其初始化参数,在根据动量、质量守恒和爆轰波理论反演推算出炸药爆轰波压力,常见的测试方法有:自由表面速度法、激光干涉法、水箱法、阻抗匹配法、空气冲击波法等等。但是C‐J面的相关理论是在研究气相爆破情况而得到的经典理论,但是它完整地搬过来用于对固体炸药爆轰是否合适值得探讨。鉴于此本文提出两种直接测量的方法:锰铜传感器测压法和光纤光栅传感器测压法,并以这两种方法直接测量炸药的爆轰波压力。 锰铜压阻传感器测压是根据锰铜合金在受外界压力作用时其电阻值发生改变的一种应变式金属传感器,本文分析验证选取合适的锰铜传感器,根据其工作原理设计了一种自制的炸药(根据实际情况炸药选用导爆索)爆轰波压力测试系统,并对其测试系统进行了大量的压力测试实验,得到了较为满意的测试结果,同时对于不理想的实验结果进行了深入的分析,这对于实际的测量具有重要的参考意义。我们通过实际的操作和实验发现,利用锰铜压阻传感器进行爆压测试中,操作复杂,成功率不高,另外在动态高压大于40GPs时很难准确测量。以此,结合实验室的研究情况提出一种基于光纤光栅传感器的爆压测试系统。 光纤光栅是二十世纪七十年出现的一种光无源器件。它是利用光纤的光敏特性,在光纤中建立一种折射率周期变化的空间分布,其工作原理是控制和改变光波在光纤中的传播方式和行为。本论文通过对光纤布拉格光栅传感器的传感原理进行分析,采用3光纤耦合器的零差解调技术对波长漂移量进行解调。设计动态压力测试系统,并对光纤光栅的传感器特性进行试验,并以实验测试的数据对零差解调技术进行实验仿真,并以仿真的数据来指导实际的实验测量。通过理论研究本测试系统,方案可行,安全方便。


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