摘要： 基于高壓氣體驅(qū)動的爆炸波模擬激波管，一般采用驅(qū)動段、喉部、膨脹段的結(jié)構(gòu)形式，可產(chǎn)生特征與爆炸波接近的模擬沖擊波，是實驗室中開展長正壓作用時間爆炸毀傷效應(yīng)研究的理想平臺。通過調(diào)整激波管的變截面結(jié)構(gòu)和驅(qū)動段形狀，實現(xiàn)沖擊波超壓衰減歷程的控制，是此類爆炸波模擬激波管設(shè)計面臨的核心問題之一?；趯嶒炇椰F(xiàn)有的爆炸波模擬激波管結(jié)構(gòu)，建立了激波管內(nèi)一維流動數(shù)值計算模型；參考統(tǒng)計學(xué)理論，提出了基于決定系數(shù)的激波管模擬沖擊波與標準爆炸波相似度評價方法；進而以變截面激波管的流動特性為基礎(chǔ)，研究了驅(qū)動段形狀對沖擊波衰減歷程的影響機理。研究結(jié)果表明：采用距離喉部越遠、截面直徑越小的驅(qū)動段形狀，以決定系數(shù)為量化標準、優(yōu)化驅(qū)動段形狀，控制稀疏波、壓縮波在激波管內(nèi)的運動過程，可以獲得接近于爆炸波指數(shù)衰減特征的模擬沖擊波。

關(guān)鍵詞： 激波管；爆炸波模擬；沖擊波超壓；衰減歷程調(diào)控；相似度評估

中圖分類號： O383.3 國標學(xué)科代碼： 13035 文獻標志碼： A

高壓氣體驅(qū)動激波管可以產(chǎn)生正壓作用時間長、特征與強爆炸相符合的沖擊波，是實驗室內(nèi)開展強爆炸沖擊波毀傷效應(yīng)研究的理想實驗平臺，已經(jīng)應(yīng)用于武器裝備[1]、建筑結(jié)構(gòu)[2]、生物等爆炸損傷[3] 的實驗研究。利用激波管產(chǎn)生沖擊波，再通過喉部和驅(qū)動段形狀等變截面結(jié)構(gòu)調(diào)控沖擊波衰減歷程，是爆炸波模擬激波管物理設(shè)計、實驗設(shè)計的核心技術(shù)問題之一。

變截面激波管中沖擊波的早期研究以理想激波管流動理論[4] 為基礎(chǔ)，拓展到收縮、擴張截面對沖擊波陣面強度、波后氣流速度的影響，形成了比較經(jīng)典的CCW 理論[5-8]，可用于變截面激波管中沖擊波強度變化的預(yù)估。沖擊波衰減歷程的調(diào)控方法主要有兩種。第一種是在驅(qū)動段中加入系列不同漏空率的帶孔板，通過帶孔板控制稀疏波的反射、透射過程，達到了延長沖擊波正壓作用時間、并將沖擊波由平臺狀調(diào)整為指數(shù)衰減形狀的目的[9]。但這種方法要求驅(qū)動段內(nèi)的擋板數(shù)量可變、漏空面積可調(diào)、位置可變，工程實施的難度較大[10]。第二種方法是將激波管設(shè)計為變截面結(jié)構(gòu)，首先在驅(qū)動段后增加喉部[11-12]，再將驅(qū)動段改為錐形、階梯形[13]，利用喉部和驅(qū)動段的形狀變化，控制沖擊波衰減歷程?；谧兘孛娴臎_擊波衰減歷程控制方法在爆炸波模擬激波管的建設(shè)中應(yīng)用比較廣泛[14]，但相關(guān)的公開文獻中，大多只是簡要介紹了計算方法，較少涉及規(guī)律性認識和實驗結(jié)果，且?guī)缀鯖]有涉及激波管模擬沖擊波與真實爆炸波相似度的評價方法問題。

本文中，針對高壓氣體驅(qū)動爆炸波模擬激波管的沖擊波衰減歷程控制問題，通過分析激波管內(nèi)一維流動特征，研究變截面結(jié)構(gòu)對沖擊波衰減歷程的影響規(guī)律；構(gòu)建激波管模擬沖擊波與標準爆炸波相似度的評價方法；設(shè)計變截面驅(qū)動段的激波管以產(chǎn)生衰減歷程符合指數(shù)特征的模擬沖擊波，并開展實驗加以驗證。