PDF《炸药水中爆炸冲击波超高速同时 /》

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修回日期:

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0 5 基金项目:国家重大科学仪器设备开发专项项目(

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1 9 ) 第一作者:畅里华(

1 9

7 4― ) , 女, 学士, 高级工程师;

通信作者:温伟峰, p l e a g u e @1

2 6. c o m. 同时分幅/扫描超高速光电摄影系统分幅成像组件对实验装置整个视场成像, 扫描成像组件对主装 药柱径向和轴向同时成像. 1.

2 测试装置 炸药水中爆炸冲击波传播超高速同时分幅扫描摄影测试布局如图2所示.脉冲氙灯光源经照明物 镜照明被摄区域, 经反射镜、 相机物镜成像在超高速同时分幅/扫描光电相机上.由于冲击波传播过程 极快, 实验过程中, 为拍摄到稳定、 可靠的冲击波传播过程图像, 必须保证超高速摄影系统拍摄时刻、 脉 冲氙灯光源发光时刻及冲击波传播的形成和发展时刻精确同步[

1 0] . 图2 炸药水中爆炸冲击波传播超高速摄影装置布局图 F i g .

2 L a y o u to fu l t r a h i g h - s p e e dp h o t o g r a p h ye q u i p m e n t f o ro b s e r v i n gu n d e r w a t e r - e x p l o s i o ns h o c kw a v ep r o p a g a t i o n 实验过程中, 由于起爆装置伴随有高电压和大电流, 这些因素轻则会导致同时分幅/扫描超高速光 电相机误触发, 重则甚至会引起相机工作不正常、 图像丢失.为避免该问题, 实验时, 对相机整体通过电 屏蔽箱屏蔽, 相机与同步控制器之间通过光电转换器转换为光信号再连接, 同时相机与计算机之间的控 制和数据接口全部采用光纤传输.通过以上改进, 实现了目标起爆时刻与相机拍摄时刻的精确同步, 可 靠获得炸药水中爆炸冲击波传播过程同一时基、 同一空基具有高时空分辨的一维和二维清晰图像[

1 1 ] .

2 结果及分析 图3是用同时分幅/扫描超高速光电相机拍摄的?6 0mm*6 6mm 炸药在4

0 0mm*4

0 0 mm*

4 0 0mm 水箱中爆炸冲击波传播过程一维时间和二维空间的图像信息, 炸药材料为 T NT, t所对应的时 刻均以炸药爆炸起始时刻为零时.分幅成像拍摄条件: 画幅数为6, 每幅时间间隔分别为

5、

5、

5、

1

0、

1 0μ s , 曝光时间为2 0n s .扫描成像拍摄条件: 扫描时间为1

0 0μ s , 扫描速度为0.

1 2k m / s , 画幅数为2, 水平x 方向、 垂直y 方向同时扫描.分幅成像拍摄到炸药水中爆炸冲击波传播变化过程, 记录了冲击 波传播过程二维空间信息和抽样时间信息;

扫描成像得到炸药水中爆炸冲击波传播轴向、 径向冲击波阵 面界面变化过程, 记录了冲击波传播轴向和径向连续时间信息和一维空间信息.从6幅分幅图像, 可清 楚地观察到炸药水中爆炸冲击波的传播和爆轰产物的膨胀过程: 当爆轰未完成时, 在药柱长度范围内水 中冲击波与爆轰波一起沿药柱表面母线移动, 他们在药柱表面交点处的移动速度相同;

当爆轰完成后, 水中冲击波开始以自己的速度在水中传播, 水中冲击波阵面形状呈椭圆形且形状不规则.从2幅扫描 图像可以看出, 垂直扫描y 方向( 径向) 冲击波传播过程对称性较好, 传播速度基本一致, 水平扫描x 方向( 轴向) 冲击波传播较快.

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4 爆炸与冲击第3 8卷图3 炸药水中爆炸冲击波传播一维和二维图像 F i g .

31 Da n d2 Di m a g e so fu n d e r w a t e r - e x p l o s i o ns h o c kw a v e 图4是对拍摄到的图像进行处理及数据分析, 得到的炸药水中爆炸冲击波阵面轴向、 径向随时间的 变化曲线.图4中横坐标为相机的扫描时间, 纵坐标为冲击波阵面距炸药中心的距离 H.从图4( a ) 径 向冲击波阵面随时间变化曲线可以看出, 左、 右边界整个传播过程中对称性很好, 冲击波传播速度随时 间的推延而逐渐减小.左边界冲击波在5μ s时刻传播速度约为4.