一种动压测量装置、测量系统及测量方法

1.本发明涉及爆炸场测试技术领域，尤其涉及一种动压测量装置、测量系统及测量方法。


背景技术：

2.化学爆炸冲击波是指由于物体的高速运动或爆炸而使空气强烈压缩并以超声速传播的高压脉冲波。其杀伤破坏作用主要取决于冲击波超压、动压的大小和持续时间的长短。
3.相关技术中，一般采用静压峰值来描述冲击波强度。但不考虑动压而获得的冲击波毁伤效应势必与真实效应有很大偏差，而且该偏差会随着冲击波毁伤威力的增大而增大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种动压测量装置、测量系统及测量方法，以解决冲击波毁伤效应无法精确测量动压的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.第一方面，本发明实施例提供一种动压测量装置，用于爆炸场动压的测量，所述测量装置包括杆体、总压传感器以及静压传感器，所述杆体包括第一段和圆锥台状的第二段，所述第一段具有与所述第二段相对的第一端面，所述第二段具有背离所述第一段的第二端面；
7.所述杆体具有一个平面状的侧壁面，所述侧壁面从所述第一端面延伸至所述第二段的部分部位；
8.所述第二段具有通孔以及容置所述总压传感器的腔体，所述通孔、所述总压传感器均与所述第二段共轴，所述腔体通过所述通孔与所述第二端面连通；
9.所述杆体还包括形成在所述侧壁面的凹槽，所述凹槽用于容置所述静压传感器，所述静压传感器的表面与所述侧壁面平齐；
10.所述静压传感器与所述第二段之间的间距为200mm～300mm；
11.所述第二段的锥角为10
°
～30
°
；
12.所述第一段为圆柱形的杆件，所述杆体的长径比大于11，其中，所述杆体的长度为：所述第一端面至所述第二端面之间的距离；所述杆体的直径为：所述杆件的直径。
13.根据本发明的至少一个实施方式，所述侧壁面与所述杆体的轴线平行。
14.根据本发明的至少一个实施方式，沿着所述第一段的轴向，所述静压传感器设在所述第一段靠近中间的部位。
15.根据本发明的至少一个实施方式，所述杆体的长度大于或等于350mm；和/或，
16.所述杆体的直径为30mm。
17.根据本发明的至少一个实施方式，所述第二段的轴向长度大于或等于50mm；和/
或，
18.所述第二端面的直径为8mm～12mm。
19.根据本发明的至少一个实施方式，所述杆体还具有至少一个通道，所述静压传感器的导线、所述总压传感器的导线均沿着相应所述通道从所述第一端面伸出。
20.根据本发明的至少一个实施方式，所述杆体为采用铝合金制备而成的杆体；和/或，
21.所述总压传感器与所述腔体的内壁之间、所述静压传感器与所述凹槽的内壁之间、每个所述通道的内壁与相应所述导线之间均具有环氧树脂填充层。
22.本发明示例性实施例中提供的一个或多个技术方案中，至少可实现如下有益效果之一。
23.(1)动压测量装置的杆体包括了第一段和圆锥台状的第二段，其中在第二段中具有通孔以及容置总压传感器的腔体，通孔、总压传感器均与第二段共轴，腔体通过通孔与第二端面连通。由于在测量过程中，空气阻力会使得测量装置的稳定性造成影响，引起振动，而本发明实施例采用圆锥台状的第二段，第二段的锥角为10
°
～30
°
，降低了空气阻力，在此范围内不会引起过大的膨胀波导致的压强瞬间增大，因此测量误差小。通过在第二段内设置通孔，在腔体中设置总压传感器可以精确测量爆炸场来流的总压力。
24.进一步地，平面状的侧壁面从第一端面延伸至第二段的部分部位，在侧壁面上形成有容置静压传感器的凹槽，并且静压传感器的表面与侧壁面平齐，静压传感器与第二段之间的间距为200mm～300mm，在此间隔范围内，可以避免静压传感器测量的静压包含膨胀波的膨胀压强，使得测试结果精确。
25.(2)本发明示例性实施例杆体的长径比大于11，结合第二段的锥角为10
°
～30
°
，细长型的杆体可以使得动压测量装置在流场中阻力小，从而避免影响冲击波的流场，进而使得传感器采集的结果可靠。
26.(3)本发明实施例的测量装置测得的静压，与标准自由场传感器测得的标准静压相比，误差小于0.005mpa，几乎可以忽略不计。同时，本发明实施例测量装置测得的总压与计算得到的动压波形均符合冲击波波形的典型趋势，说明测量装置可以精确测量爆炸场的动压。
27.第二方面，本发明还提供一种动压测量系统，包括数据采集仪、高速图像采集装置以及第一方面所述的测量装置，所述数据采集仪与所述测量装置电连接，所述高速图像采集装置用于采集所述测量装置的姿态。
28.所述动压测量系统相对于现有技术所具有的优势与第一方面提供的测量装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
29.第三方面，本发明还提供一种动压测量方法，包括第一方面所述的测量装置，所述测量方法包括：
30.所述测量装置固定至刚体，并将所述第二端面的中心与爆炸场的爆心相对；
31.所述测量装置采集爆炸场的静压及总压；
32.根据采集的静压及总压，确定所述爆炸场的动压。
33.根据本发明的至少一个实施方式，所述根据采集的静压及总压，确定所述爆炸场的动压，包括：
34.当流场速度为亚音速时，所述动压为所述总压与所述静压之差；
35.当流场速度为超音速时，所述动压为修正总压与所述静压之差，其中修正总压满足如下公式：
[0036][0037]
其中，p
01
为修正总压；p
02
为采集的总压；γ为空气绝热指数；ma1为波后空气马赫数。
[0038]
所述动压测量方法相对于现有技术所具有的优势与第一方面提供的测量装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
[0039]
附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0040]
图1是根据本发明的实施方式的动压测量装置立体结构示意图。
[0041]
图2是图1的正视剖面结构示意图。
[0042]
图3是图2的右视示意图。
[0043]
图4是图2的z部局部放大图。
[0044]
图5是图1的俯视结构示意图。
[0045]
图6是根据本发明的实施方式的动压测量系统立体结构示意图。
[0046]
图7是根据本发明的实施方式的动压测量装置的仿真流场示意图。
[0047]
图8是根据本发明的实施方式的动压测量装置的网格划分图。
[0048]
图9是根据本发明的实施方式的动压测量装置的仿真结果图。
[0049]
图10是根据本发明的实施方式的动压测量装置的仿真静压分布等值线图。
[0050]
图11是根据本发明的实施方式的动压测量装置的静压开孔有效区间图。
[0051]
图12是根据本发明的实施方式的动压测量装置的阻力趋势图。
[0052]
图13是根据本发明的实施方式的动压测量装置与自由场传感器对比图。
[0053]
图14是根据本发明的另一实施方式的动压测量装置与自由场传感器对比图。
[0054]
附图标记：10、第一段；11、凹槽；12、第一通道；13、侧壁面；14、第一端面；20、第二段；21、腔体；22、第二通道；23、通孔；24、第二端面；100、动压测量装置；200、电荷放大器；300、数据采集仪；400、高速图像采集装置；500、计算机；600、爆心。
具体实施方式
[0055]
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0056]
在介绍本发明示例性实施例之前首先对本发明示例性实施例中涉及到的相关名词作如下释义：
[0057]
超压是指冲击波内超过周围大气压的那部分压力，超压对目标的作用像静水压力一样，各向相等，且能绕过目标的正面作用到背面。
[0058]
动压是指波阵面后伴随的瞬时强力风所产生的冲击压力。动压的形成稍滞后于超压，它是波阵面上的空气密度和波阵面后质点速度的函数。动压具有方向性，能绕过目标的正面作用到背面，对目标物有明显的冲击抛掷和弯折作用。
[0059]
随着威力巨大的新型弹药的不断研制，动压的毁伤作用越发明显。传统的用静压峰值来描述冲击波强度虽然便捷，但是不考虑动压而获得的冲击波毁伤效应与真实效应有很大偏差，而且该偏差会随着冲击波毁伤威力的增大而增大，因此，对于大当量的战斗部或爆炸源必须考虑动压的毁伤作用。
[0060]
由于化学爆炸领域动压信号的有效频带可达数十khz，因此皮托管不适用于该领域的动压测量。相关技术中的动压测量装置获得的动压数据精度较低，不符合流体动力学测试标准。
[0061]
针对上述问题，本发明示例性实施例提供的动压测量装置的设计原理改进于皮托管。当冲击波平行穿过静压传感器表面时测得的压力就是静压。在半无限流体中，冲击波通过整流罩或压力管垂直撞击总压传感器表面，气团的速度下降到零。此时，总压传感器表面测得的压力即为总压。只有定向流动的空气表现出动压，由于其具有定向性，动压仅向垂直于或倾斜于流动方向的平面施加压力。
[0062]
图1示出了本发明示例性实施例的动压测量装置立体结构示意图。如图1所示，动压测量装置包括杆体、总压传感器以及静压传感器，杆体包括第一段10和圆锥台状的第二段20，第一段10具有与第二段20相对的第一端面14，第二段20具有背离第一段10的第二端面24；杆体具有一个平面状的侧壁面13，侧壁面13从第一端面14延伸至第二段20的部分部位；第二段20具有通孔23以及容置总压传感器的腔体21，通孔23、总压传感器均与第二段20共轴，腔体21通过通孔23与第二端面24连通；杆体还包括形成在侧壁面13的凹槽11，凹槽11用于容置静压传感器，静压传感器的表面与侧壁面13平齐。
[0063]
实际应用中，动压测量装置的第二端面24的中心轴线与爆炸源的爆心正对，也就是通孔23以及腔体21的轴线与爆心正对，冲击波通过通孔23垂直撞击总压传感器的压敏面从而可以采集冲击波的总压。由于静压传感器的表面，也就是压敏面与侧壁面13平齐，冲击波的来流与侧壁面13平行，此时静压传感器测得的压力就是冲击波的静压。当静压峰值低于一定值时，流场速度为亚音速，根据皮托管原理，动压等于总压与静压之差。由于爆炸近场的静压峰值非常大，当静压峰值超过一定值时，流场速度为超音速，在传感器前端形成分离冲击波。此时，测得的总压就是脱离冲击波背后的总压力，由于来流垂直于总压传感器的压敏面，则可对总压传感器的测量值采用法向激波方程修正得到修正总压，进而动压等于修正总压与静压之差。
[0064]
由于化学爆炸领域动压信号的有效频带可达数十khz，而当前国内使用的皮托静压计的更新模型具有1khz的频率响应，而快速响应探头的响应频率仅为5khz。示例性地，本发明示例性实施例的传感器采用可以测量百khz的科动传感器。例如，总压传感器采用科动kd2004l的icp压力传感器；静压传感器采用科动kd2011的pe压力传感器。两种传感器的压敏元件可以为石英晶体，机械性能稳定，抗干扰能力强。
[0065]
示例性地，上述杆体可以采用铝合金制备而成的杆体，例如采用alsi10mg加工而成，其屈服强度达250mpa。采用铝合金、不锈钢等材料制备杆体，当总压传感器以及静压传感器嵌入至杆体中后，由于杆体的材质固有频率与两种传感器的固有频率相比要高的多，
可以避免杆体与传感器之间发生共振现象，因此，适合用于冲击波信号采集。
[0066]
本发明示例性实施例的杆体所具有的第一段10与第二段20可以为一体成型的结构，也可以通过分体制造，例如分别制作第一段10、第二段20，然后通过粘接或者其他可拆卸连接的方式将第一段10、第二段20组合成完整的杆体。
[0067]
为了精确测定冲击波的静压，杆体的侧壁面13为形成在杆体上的平面，且侧壁面13可以与杆体的轴线平行，在侧壁面13上开设凹槽11，静压传感器的压敏面与侧壁面13平齐，可以使得冲击波来流平行于静压传感器的压敏面，此时静压传感器测得的压力就是冲击波的静压。
[0068]
考虑到杆体尺寸会对冲击波产生阻力从而使得两个传感器的采集的精度降低，本发明示例性实施例的第一段10为圆柱形的杆件，杆体的长径比大于11，其中，杆体的长度为：第一端面14至第二端面24之间的距离；杆体的直径为：杆件的直径，也就是第一端面14所在圆的直径。需要说明的是，第二段20的杆件由于具有一个平面的侧壁面，因此其形状大致为圆柱形的杆件，并非绝对意义上的圆柱形。侧壁面13由于平行于杆体的轴线，因此，其从第一端面14开始沿着第二段20延伸直至第一段10的一部分。
[0069]
相关技术中典型的测量装置的长径比过低，会导致在流场中阻力较大。图2是图1的正视剖面结构示意图。图3是图2的右视示意图。图5是图1的俯视结构示意图。结合图3和图5所示，本发明示例性实施例杆体的长径比a/c大于11，可选地长径比为大于或等于350:30，可选地为400:30，更具体地为当杆体的长度a为400mm时，杆体的直径c为30mm。本发明示例性实施例杆体的长径比大，也就是细长型的杆体，可以使得其在流场中阻力小，从而极大提高两个传感器(总压传感器、静压传感器)采集的精度。
[0070]
图2结合图5所示，由于膨胀波的存在，静压传感器所在的凹槽11设在第一段10沿着轴向靠近中间的部位。凹槽11位置不能距离第二端面24以及测量装置尾端(第一端面14)太近。例如当凹槽11距离第二端面24太近，其测得的静压包含了膨胀波的膨胀压强，会导致静压数据与实际数据有所偏差，从而使得测试结果不准确。
[0071]
举例来说，如图5所示，静压传感器与第二段20之间的间距b为200mm～300mm，可选地b为200mm～250mm，可选地b为200mm，杆体的长度a大于或等于350mm，可选地a为400mm。需要说明的是，静压传感器与第二段20之间的间距b为圆台状的第二段的底面与凹槽11的中心轴之间的距离。示例性地，根据实际要安装的静压传感器的形状，凹槽11相应地形状为矩形或者圆形。
[0072]
图4为图2的z部局部放大图。图7是根据本发明的实施方式的动压测量装置的仿真流场示意图。图8是根据本发明的实施方式的动压测量装置的网格划分图。结合图4、图7和图8所示，本发明示例性实施例模仿皮托管和铅笔探头的外观和结构，建立了动压测量装置的简化模型，忽略了对动压测量装置气动特性影响不大的部件和局部切割，如导线和螺钉。根据传感器的尺寸和装配要求，初步确定动压测量装置的长a为400mm，第二端面24的直径e为10mm，第一端面14直径c为30mm，通孔23直径g为6mm。
[0073]
如图8所示，为了使有限元数值模拟结果准确，将空气域设置为矩形，其中来流方向的长度为动压测量装置长度(杆体的长度)的5倍，尾流方向的长度是动压测量装置长度的10倍。空气域宽度是动压测量装置第一端面14直径的10倍，因此，计算面积为6m
×
0.6m。划分网格时，在保证计算精度的前提下划分最小网格数。并且考虑到距离动压测量装置较
远的网格对计算结果影响不大，本发明示例性实施例采用梯度四边形网格划分空气域，对靠近动压测量装置的网格进行局部细化。只考虑动压测量装置尺寸对压力流场分布的影响，不考虑动压测量装置本身的动态特性。从表2可以看出，空气的马赫数与静压值有关。峰值静压小于0.4mpa时，来流马赫数小于1，为亚音速；当峰值静压大于0.4mpa时，来流马赫数大于1，为超音速。压力流场遵循连续性方程、动量方程和能量方程。粘性模型采用标准k-epsilon(2eqn)湍流模型；近壁处理采用可扩展的壁功能；计算时，使用耦合隐式求解器求解。
[0074]
图9是根据本发明的实施方式的动压测量装置的仿真结果图。如图9所示，流场在第二端面24处形成正向纵波，使动压测量装置的头部周围的静压急剧上升，然后继续下降。当流场通过动压测量装置的拐点(即膨胀角)时，由于拐点的作用形成膨胀波，使静压下降到输入静压以下。达到最小静压后，静压沿壁面逐渐恢复到接近输入静压的值，并稳定传播一定距离。
[0075]
由上可知，凹槽11与第二段20之间的间距b是有效稳定测量冲击波静压的关键。图10是根据本发明的实施方式的动压测量装置的仿真静压分布等值线图。如图10所示，由于动压测量装置的头部产生脱离冲击波，流场静压变化较大，导致有效区间整体呈倒退趋势。并且发现，当马赫数较低时，压力曲线波动较大。直到p
静
＝1mpa和ma1＝1.37，压力曲线才稳定下来。
[0076]
图11是根据本发明的实施方式的动压测量装置的静压开孔有效区间图。如图11所示，b的下限表示凹槽11与第二段20之间的最小距离，b的上限表示凹槽11与第二段20之间的最大距离。因此，当p
静
≥1mpa时，b在200mm到300mm之间可以满足精确测量静压的需要，可选地，b为200mm。在上述凹槽开设(静压开孔)的有效区间内，可以完全避开膨胀波的影响，使得测量数据精确。
[0077]
由于动压测量装置的尺寸较大，不能忽略空气阻力。空气阻力越大，动压测量装置安装稳定性越差，会引起的振动越强烈。为了控制测量误差，动压测量装置的通孔23的阻力应最小化。动压测量装置的风阻主要与第二段20的锥角有关，当第二端面24的直径恒定的情况下，例如，e为8mm～12mm，可选地e为10mm，风阻与第二段20的轴向长度d有关。
[0078]
图12是根据本发明的实施方式的动压测量装置的阻力趋势图。如图12所示，示出了在峰值静压为0.2mpa的条件下，动压测量装置的空气阻力随轴向长度d变化。表1示出了与轴向长度d相关的风阻的数值模拟结果。从结果分析，d大于或等于50mm时，动压测量装置的衰减趋势趋于平缓。可选地，d为50mm。从另一角度描述则为测量装置的阻力主要与第二段20的迎风角(锥角的一半)有关。根据表1的数值模拟可知，为了尽量减小风阻，第二段20的锥角为10
°
～30
°
，也就是迎风角在5
°
～15
°
，可选地，d值可以为50mm，迎风角可以为15
°
。过小的迎风角例如5
°
以下无法安装总压传感器；过大的迎风角，例如超过15
°
时，会增大动压测量装置的阻力，引起过大的膨胀波导致压强瞬间增大，从而导致测量误差。在迎风角小于或等于15
°
的基础上，结合杆体的长径比大于11，可以尽量降低测量装置的阻力，从而提高测量精度。
[0079]
表1d值对阻力影响的数值模拟
[0080][0081]
在一个可选的实施例中，动压测量装置的尺寸为：杆体全长a为400mm，第二端面24的直径e为10mm，第一端面14直径c为30mm，通孔23直径g为7.5mm，总压传感器压敏面至第二端面24的长度f为20mm，第二段20的轴向长度d为50mm，凹槽11至第二段20的间距b为200mm，第二段20的锥角为30
°
，也就是迎风角为15
°
。
[0082]
结合图1和图2所示，本发明的实施方式的动压测量装置的杆体还具有至少一个通道，静压传感器的导线、总压传感器的导线均沿着相应通道从第一端面14伸出，通道的出口设置在第一端面14可以防止导线与出口对流场产生影响，从而可以提高测试精度。
[0083]
在一可选的实施方式中，杆体可以仅具有一个通道，该通道分别与凹槽11以及通孔23连通，静压传感器的导线、总压传感器的导线均沿着该通道从第一端面14伸出杆体外。
[0084]
在另一可选的实施方式中，杆体具有两个通道：第一通道12和第二通道22，其中，第一通道12与凹槽11连通，用于将静压传感器的导线从第一端面14引出；第二通道22与杆体共轴，第二通道22与通孔23连通，用于将总压传感器的导线从第一端面14引出。
[0085]
示例性地，总压传感器与腔体21的内壁之间、静压传感器与凹槽11的内壁之间、每个通道的内壁与相应导线之间均具有环氧树脂填充层。使用脂类填充物对动压测量装置内部的空隙处进行填充，可以增加动压测量装置杆体的固有频率，从而可以避免与静压传感器、总压传感器产生共振，进而避免影响动压测量装置的测量结果的精确性。
[0086]
本发明示例性实施例还提供一种动压测量系统，图6是根据本发明的实施方式的动压测量系统立体结构示意图。如图6所示，动压测量系统包括数据采集仪300、高速图像采集装置400以及上述的动压测量装置100，数据采集仪300与动压测量装置100电连接，高速图像采集装置400用于采集测量装置的姿态。
[0087]
示例性地，本发明示例性实施例的动压测量系统还包括设置在动压测量装置100与数据采集仪300之间的电荷放大器200，其中，电荷放大器200对动压测量装置100捕捉到的爆炸源的压力信号进行放大调理，数据采集仪300采集经过电荷放大器200放大后的压力信号，高速图像采集装置400，例如高速相机，拍摄爆炸过程中动压测量装置100的状态，确保其采集过程中处于稳定姿态。示例性地，动压测量系统还包括计算机500，计算机500与高速图像采集装置400电连接，其用于处理采集的动压测量装置100的图像，以判断是否处于稳定姿态。
[0088]
本发明示例性实施例还提供一种动压测量方法，包括上述的动压测量装置，测量方法包括：
[0089]
s1：测量装置固定至刚体，并将第二端面24的中心与爆炸场的爆心600相对；
[0090]
具体地，将动压测量装置固定至刚体上，禁止摇摆；将通孔23的中心转向爆心600
方向且正对爆心600。
[0091]
s2：测量装置采集爆炸场的静压及总压；
[0092]
具体地，将总压传感器嵌设在腔体21中，静压传感器嵌设在凹槽11中；将两个传感器的导线分别通过第一通道12和第二通道22从第一端面14引出至场外，连接至电荷放大器200以及数据采集仪300。启动爆炸源，采集静压传感器及总压传感器的数据。其中，总压传感器与杆体共轴。
[0093]
s3：根据采集的静压及总压，确定爆炸场的动压。
[0094]
具体地，当流场速度为亚音速时，动压为总压与静压之差。也就是当静压峰值低于一定值时，流场速度为亚音速时，根据皮托管原理，动压等于总压与静压之差。动压通过两个传感器(总压传感器和静压传感器)测得的超压差得到。即如式(1)所示：
[0095]
p
动
＝p
总-p
静
(1)
[0096]
在另一可选的实施方式中，当静压峰值超过一定值时，流场速度为超音速时，测得的总压力就是脱离冲击波背后的总压力。动压为修正总压与静压之差，其中修正总压满足式(2)：
[0097][0098]
其中，p
01
为修正总压；p
02
为采集的总压；γ为空气绝热指数，γ＝1.4；ma1为波后空气马赫数。
[0099]
为构建动压测量装置气动仿真模型，需要提供冲击波静压p
静
、波后空气马赫数ma1和波后温度t2等边界条件。边界条件计算如下：
[0100]
冲击波前后的密度比由rankine-hugoniot关系式给出，如式(3)所示：
[0101][0102]
其中，ρ1，ρ2分别是冲击波前后的空气密度；p1，p2分别是冲击波前后的绝对压力；p1等于101325pa；p2等于p1加静压。γ＝1.4表示空气绝热指数。
[0103]
冲击波后面的温度t2由状态方程计算得出，如式(4)所示：
[0104][0105]
其中t1是波前方的温度，等于288k；t2是波后温度。
[0106]
波后的声速由式(5)计算，其中r＝286.98j/(kg*k)为理想气体常数。
[0107][0108]
波后空气的速度由压力比和密度比决定，如式(6)所示：
[0109][0110]
式中a1为冲击波前方空气的传播速度，等于340m/s。
[0111]
波后面的空气马赫数ma1可由式(7)计算。
[0112]
ma1＝vd/a2(7)
[0113]
综合以上公式，可以得到静压、马赫数、与波后温度的关系式，如表2所示为上述三者的理论计算值。
[0114]
表2参数理论计算值
[0115][0116]
为了验证动压测量装置的可行性，进行了2kg的tnt爆炸实验。图13是根据本发明的实施方式的动压测量装置与自由场传感器对比图。如图13所示，为自由场传感器与动压测量装置采集到的冲击波超压数据曲线。
[0117]
具体地，动压测量装置与标准自由场传感器放置在距爆炸中心2m处。其中，自由场压力相当于静压，测得标准静压。动压测量装置测量总压和静压。两者均安装在2m的高度，指向爆炸中心。安装完成后，两者均通过低噪声电缆与数据采集模块连接，电缆埋入土壤中进行保护。其中自由场压力表示自由场传感器压力，静压表示动压测量装置测得的静压，总压表示动压测量装置测得的总压。从测试结果看，数据在19.4275ms时到达超压峰值，其中自由场压力与静压分别为1.55693mpa与1.55178mpa，误差为0.005mpa，误差几乎可以忽略。总压峰值为8.68mpa，动压峰值为7.1385mpa，说明冲击波近场动压作用效果比较明显，总压与计算得到的动压波形符合冲击波波形的典型趋势，说明动压测量装置静压开孔(凹槽)位置与动压测量装置设计具有可行性。实验结果基本符合物理定律，静压传感器测得的静压与自由场传感器测得基本一致，证明了动压测量装置的精确性。
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图14是根据本发明的另一实施方式的动压测量装置与自由场传感器对比图。如图14所示，动压测量装置与标准自由场传感器放置在距爆炸中心1m处，进行了1.5kg的tnt爆炸实验。其中，左边曲线为本发明示例性实施例的动压测量装置测得的静压值，右边曲线为标准自由场传感器所测得的冲击波超压数值。动压测量装置与标准传感器数值误差为0.002mpa，进一步证明了本发明示例性实施例的动压测量装置完全满足测试精度。
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由上可知，本发明示例性实施例提供的动压测量装置测得的试验数据表明动压测量装置可以准确采集到总压、静压、动压数据，测得的压力波形精准符合典型冲击波压力曲线。
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本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。

技术特征：
1.一种动压测量装置，其特征在于，用于爆炸场动压的测量，所述测量装置包括杆体、总压传感器以及静压传感器，所述杆体包括第一段和圆锥台状的第二段，所述第一段具有与所述第二段相对的第一端面，所述第二段具有背离所述第一段的第二端面；所述杆体具有一个平面状的侧壁面，所述侧壁面从所述第一端面延伸至所述第二段的部分部位；所述第二段具有通孔以及容置所述总压传感器的腔体，所述通孔、所述总压传感器均与所述第二段共轴，所述腔体通过所述通孔与所述第二端面连通；所述杆体还包括形成在所述侧壁面的凹槽，所述凹槽用于容置所述静压传感器，所述静压传感器的表面与所述侧壁面平齐；所述静压传感器与所述第二段之间的间距为200mm～300mm。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述侧壁面与所述杆体的轴线平行。3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，沿着所述第一段的轴向，所述静压传感器设在所述第一段靠近中间的部位。4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述杆体的长度大于或等于350mm；和/或，所述杆体的直径为30mm。5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述第二段的轴向长度大于或等于50mm；和/或，所述第二端面的直径为8mm～12mm。6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述杆体还具有至少一个通道，所述静压传感器的导线、所述总压传感器的导线均沿着相应所述通道从所述第一端面伸出。7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述杆体为采用铝合金制备而成的杆体；和/或，所述总压传感器与所述腔体的内壁之间、所述静压传感器与所述凹槽的内壁之间、每个所述通道的内壁与相应所述导线之间均具有环氧树脂填充层。8.一种动压测量系统，其特征在于，包括数据采集仪、高速图像采集装置以及权利要求1-7任一项所述的测量装置，所述数据采集仪与所述测量装置电连接，所述高速图像采集装置用于采集所述测量装置的姿态。9.一种动压测量方法，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的测量装置，所述测量方法包括：所述测量装置固定至刚体，并将所述第二端面的中心与爆炸场的爆心相对；所述测量装置采集爆炸场的静压及总压；根据采集的静压及总压，确定所述爆炸场的动压。10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，所述根据采集的静压及总压，确定所述爆炸场的动压，包括：当流场速度为亚音速时，所述动压为所述总压与所述静压之差；当流场速度为超音速时，所述动压为修正总压与所述静压之差，其中修正总压满足如下公式：
其中，p
01
为修正总压；p
02
为采集的总压；γ为空气绝热指数；ma1为波后空气马赫数。

技术总结
本发明提供了一种动压测量装置、测量系统及测量方法，属于爆炸场测试技术领域，以解决冲击波毁伤效应无法精确测量动压的技术问题。该动压测量装置包括杆体、总压传感器以及静压传感器，杆体包括第一段和圆锥台状的第二段，第一段具有与第二段相对的第一端面，第二段具有背离第一段的第二端面；杆体具有一个平面状的侧壁面，侧壁面从第一端面延伸至第二段的部分部位；第二段具有通孔以及容置总压传感器的腔体，通孔、总压传感器均与第二段共轴，腔体通过通孔与第二端面连通；杆体还包括形成在侧壁面的凹槽，凹槽用于容置静压传感器，静压传感器的表面与侧壁面平齐。本发明得到的动压波形符合冲击波波形的典型趋势，测量结果精确。测量结果精确。测量结果精确。


技术研发人员：于浩 刘彦 黄风雷 江娣 王晓锋
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/8/13