动爆冲击波测试及关键技术研究

摘要

爆炸冲击波压力测试是武器研制过程中威力评估和性能评价的重要手段。装药在高速运动与静止状态下爆炸产生的冲击波毁伤效果不同，随着武器的高速发展，用静爆试验进行毁伤效果评估已经不能满足需要，因此需要进行实际的动爆试验。现有的冲击波测试系统主要针对静爆试验研制，鉴于动爆与静爆存在差异，为更好的对动爆冲击波进行测试，在现有冲击波存储测试系统的基础上对动爆试验中存在的关键问题进行研究。研究的问题有:自适应压力测试范围、触发和同步技术、抗冲击电源设计。
　　动爆试验的特点使得测点处的实际超压峰值与估算值很可能有较大差别。为在这种情况下仍能获取高信噪比且不截幅的数据，设计了一种多增益存储单增益读取的测试方案。在实验室对电路进行验证，结果表明:设计的测试节点实现了多增益存储单增益读取，保证在较大的输入动态范围内仍可采集到信噪比较高且不截幅的数据。
　　触发和同步是冲击波存储测试系统获取有效数据和分析冲击波随时间、空间变化规律的关键。常用的触发和同步技术不适合用在动爆试验中，采用爆炸光作为测试节点的同步触发信号源，对在复杂的光环境中提取爆炸光的方法进行分析并设计光同步装置。在不同环境下对光同步装置进行试验，结果表明:同步装置响应爆炸光的可靠性、同步精度与爆炸光强以及距爆炸源的距离有关;在能可靠响应爆炸光的情况下，不同装置的同步精度在μs级别，满足在同一时间基准下对冲击波进行分析的标准。
　　针对爆炸冲击容易造成测试节点电源不可靠的问题，设计了基于超级电容和聚合物锂电池的抗冲击电源。电源中的管理电路优先使用电池供电，电池不能正常供电时，超级电容为外部电路提供一定时间的不间断供电，提高测试节点完成任务的可靠性。
　　最后，将研究的关键技术应用到动爆实测试验中，试验前在现场验证了光同步装置的可靠性和同步精度。动爆试验结果表明所设计的动爆冲击波存储测试系统能可靠、准确的获取冲击波超压数据。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 爆炸冲击波的产生及相关理论

1．3 爆炸冲击波测试方法

1．4 动爆冲击波的研究方法与现状

1．5 本文的主要工作及章节安排

2．动爆冲击波存储测试系统分析

2．1 动爆试验分析

2．2 动爆冲击波存储测试系统的功能及设计要求

2．3 动爆冲击波存储测试系统的关键技术

2．3．1 自适应压力测试范围

2．3．2 触发和同步技术

2．3．3 抗冲击电源

2．4 本章总结

3．多增益存储单增益读取测试节点设计

3．1 多增益存储单增益读取技术分析

3．1．1 冲击波信号的多增益放大和存储

3．1．2 单增益数据选取

3．2 多增益存储单增益读取技术的实现

3．2．1 传感器输出的多增益放大

3．2．2 多路信号的采集与存储

3．2．3 通信接口电路

3．3 试验验证

3．4 本章总结

4．爆炸光同步装置设计

4．1 试验现场光信号分析

4．1．1 爆炸光信号分析

4．1．2 太阳光信号分析

4．1．3 爆炸光和太阳光的对比

4．2 光同步装置设计分析

4．2．1 光电转换电路设计分析

4．2．2 电信号处理电路设计分析

4．3 光同步装置设计

4．3．1 光电检测器件选择

4．3．2 光电检测电路设计

4．4 试验验证

4．4．1 功能验证

4．4．2 同步性验证

4．5 本章总结

5．基于超级电容的抗冲击电源设计

5．1 电源结构分析及器件选择

5．2 电源管理电路的设计

5．3 超级电容器组充电电路

5．4 功能、性能试验

5．4．1 均压充电功能

5．4．2 抗冲击性能

5．5 本章总结

6．试验结果与分析

6．1 试验条件

6．2 爆炸光同步装置现场验证

6．3 动爆试验及数据分析

6．4 本章总结

7．总结与展望

7．1 总结

7．2 不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的课题

致谢