專利名稱：二維軸對稱流場的拉氏測量方法
技術領域：
本發(fā)明是一種測量技術，可用于二維軸對稱動高壓流場的測量，這種測量方法為拉格朗日測量方法，簡稱拉氏測量方法，即傳感器隨被測質點一起運動，同時記錄下該被測質點的壓力或徑向位移隨時間的變化規(guī)律。
目前，關于這種技術，由于只是單一的電磁速度計和拉伸位移計，因而只能測量惰性介質中軸對稱流場的一個拉氏位置上的質點的徑向位移，不能用于反應流場，即使用多個單一的電磁速度計和拉伸位移計來測量惰性介質中軸對稱流場的兩個以上拉氏位置上的質點的徑向位移，其測量結果也不能進行二維流場的拉氏分析計算，并且量計的動態(tài)拉伸系數(shù)沒有進行實驗標定。
本發(fā)明的目的是建立一種新的二維軸對稱動高壓流場的測量技術，不僅用于惰性流場，而且用于反應流場，可同時測得兩個不同的拉氏位置上的壓力和徑向位移隨時間的變化規(guī)律，這對于提高炸藥的能量利用率，防止材料層裂破壞，控制傳爆對稱性及炸藥的安全性的研究具有明顯的實際意義。
一種二維軸對稱流場的拉氏測量方法，采用二維錳銅-康銅環(huán)型組合拉氏量計(1)進行測量，每個拉氏量計(1)由兩個錳銅四端量計(2)和兩個康銅四端量計(3)組成，其厚度為20μm左右，每個拉氏量計(1)有多個不同半徑的同心園弧狀的敏感部分(4)，其寬度為0.2mm，每個半徑配一個錳銅四端量計(2)和一個康銅四端量計(3)。拉氏量計(1)的兩面用0.05mm左右厚的聚乙烯醇縮甲乙醛作基底(5)起支撐和包封作用，在測量中可根據(jù)壓力高低和記錄時間的長短，選用0.05至0.2mm厚的聚四氟乙烯薄膜從兩面進行包封，用203A膠粘接在基底(5)上。每個錳銅四端量計(2)或康銅四端量計(3)的外邊兩根引線為電源端引線(6)，接脈沖恒流源，中間兩根引線為信號端引線(7)，接示波器。拉氏量計(1)用光刻方法制成。測量時，將拉氏量計(1)放置被測截面上，可同時測得四個信號，即可得到兩個不同拉氏位置上的壓力P和徑向位移(r-r0)隨時間的變化規(guī)律p=α[( (ΔR)/(Ro) )m- (Km)/(Kc) ( (ΔR)/(R0) )c]r-r0= (ro)/(Kc) ( (ΔR)/(R0) )c式中P-壓力r0-敏感部分的初始半徑r-r0-質點的徑向位移(ΔR)/(R0) -示波器的記錄結果α-錳銅的壓阻系數(shù)K-動態(tài)拉伸系數(shù)下標m和c分別表示錳銅和康銅錳銅的壓阻系數(shù)α采用標準的一維動高壓方法標定，錳銅箔(24)和康銅箔(25)的動態(tài)拉伸系數(shù)Km和Kc由實驗標定。根據(jù)測得的壓力P和徑向位移r用下面兩式求得相應的比容V和質點速度u即
式中的下標1表示沖擊波陣面上的量，下標j表示沿徑線，下標h表示沿跡線。錳銅箔(24)或康銅箔(25)的動態(tài)拉伸系數(shù)Km和Kc的標定實驗方法是將待測的錳銅箔(24)或康銅箔(25)用502膠粘貼在用銅、鋁或有機玻璃材料制成的管殼(8)上，呈封閉的園環(huán)型，接口處用很薄的膠帶絕緣，從兩個端點分別引出一對電源端(9)引線和一對信號端(10)引線，構成一個四端回路，管殼(8)內裝有驅動炸藥(11)，高速相機的狹縫(12)對準待測的園環(huán)型的錳銅箔(24)或康銅(25)，同時對準作為背景光源的發(fā)光藥柱(13)的中線，貼有錳銅箔(24)或康銅箔(25)的管殼(8)置于發(fā)光藥柱(13)的前方，其軸線與發(fā)光藥柱(13)的軸線相垂直。高速攝影底片上記錄下錳銅箔(24)或康銅箔(25)的直徑的變化過程△r/r0，電測系統(tǒng)記錄下錳銅箔(24)或康銅箔(25)的電阻的變化過程△R/R0，用兩個高壓雷管(14)同時起爆發(fā)光藥柱(13)和管殼(8)內的驅動炸藥(11)。為了確定光測信號與電測信號的相對位置，在發(fā)光藥柱(13)上留有空氣隙(14)，空氣隙(14)中插有電探針(15)，當爆轟波經過空氣隙(14)時，一方面在高速攝影底片上留下發(fā)光點，另一方面使電探針(15)導通，在電測信號上留下相應的電脈沖信號，以此來確定光測信號與電測信號的相對位置。電測信號記錄采用雙通道數(shù)字示波器(16)，一個通道記錄被測錳銅箔或康銅箔的電阻變化，另一個通道記錄發(fā)光藥柱(13)中的電探針(15)產生的電脈沖，兩個通道是在脈沖恒流源(17)向四端回路供電瞬間，同時觸發(fā)的。而脈沖恒流源(17)用專門的觸發(fā)探針(26)觸發(fā)。信號記錄終端采用高阻輸入，電路阻抗匹配在始端串接一個50Ω的電阻。從電測信號中得到△R/R0，從光測信號中得到△r/r0，R0和r0分別為被測錳銅箔(24)或康銅箔(25)的初始電阻和初始半徑，△R和△r分別為電阻和半徑隨時間的變化值。那么動態(tài)拉伸系數(shù)應為K= (ΔR/R0)/(Δr/ro)標定后可得到不同時刻對應于不同應變值的K值
式中ε＝△r/r0二維軸對稱動高壓流場的沖擊波加載由加載裝置(23)完成。加載裝置(23)由雷管(18)，有機玻璃套(19)，加載藥柱(20)和金屬隔板(21)組成，實驗時將雷管(18)，有機玻璃套(19)，加載藥柱(20)和金屬隔板(21)依次疊摞起來，放置于被測炸藥(22)之上，距離被測炸藥(22)上端面h處放有拉氏量計(1)測量二維軸對稱沖擊波起爆過程中的壓力分布和徑向位移分布。這種加載裝置(23)的加載藥柱(20)可為壓裝TNT，φ20.2×39.6(ρ0＝1.58g/cm3)+φ40.3×49.7(ρ0＝1.59g/cm3)，金屬隔板(21)的直徑為φ50.0，Al，ρ0＝2.78g/cm3，這種加載裝置(23)可研究側向效應較小的流場。加載藥柱(20)也可為φ20.1×19.8(ρ0＝1.59g/cm3)，金屬隔板(21)的直徑為φ＝20.0，cu，ρ＝8.924g/cm3，它可研究側向效應較大的流場。調整金屬隔板的厚度X，可得到不同幅度P的輸出壓力脈沖，前兩種情況下的加載裝置(23)在實驗中可分別給出金屬隔板(21)的厚度x與輸出壓力P的標定曲線A和B，見附圖
八、九。
本發(fā)明開創(chuàng)了二維軸對稱動高壓流場的拉氏測量技術，解決了動高壓測量技術的一個難題，可為設計和數(shù)值計算提供新的，更可靠的實驗數(shù)據(jù)。
附圖一、二、三、四、五、六、七、八、九、為最佳實施例簡圖。
附圖一為二維錳銅-康銅環(huán)型組合拉氏量計附圖二為動態(tài)拉伸系數(shù)測量實驗裝置附圖四為動態(tài)拉伸系數(shù)測量實驗的電測系統(tǒng)附圖五為動態(tài)拉伸系數(shù)測量實驗的光測信號附圖六為動態(tài)拉伸系數(shù)測量實驗的電測信號圖中主要結構如下拉氏量計(1)，錳銅四端量計(2)，康銅四端量計(3)，敏感部分(4)，基底(5)，電源端引線(6)，信號端引線(7)，管殼(8)，電源端(9)，信號端(10)，驅動炸藥(11)，狹縫(12)，發(fā)光藥柱(13)，空氣隙(14)，電探針(15)，示波器(16)，脈沖恒流源(17)，雷管(18)，有機玻璃套(19)，加載藥柱(20)，金屬隔板(21)，被測炸藥(22)，加載裝置(23)，錳銅箔(24)，康銅箔(25)，觸發(fā)探針(26)。
權利要求
1.一種二維軸對稱流場的拉氏測量方法，其特征在于這種拉氏測量方法采用二維錳銅-康銅環(huán)型組合拉氏量計(1)，每個二維錳銅-康銅環(huán)型組合拉氏量計(1)由兩個錳銅四端量計(2)和兩個康銅四端量計(3)組成，其厚度為20μm左右。每個拉氏量計(1)有多個不同半徑的同心園弧狀的敏感部分(4)，其寬度為0.2mm，每個半徑配一個錳銅四端量計(2)和一個康銅四端量計(3)。每個錳銅四端量計(2)或康銅四端量計(3)的外邊兩根引線為電源端引線(6)，接脈沖恒流源，中間兩根引線為信號端引線(7)，接示波器。測量時將拉氏量計(1)放置被測截面上，可同時測得四個信號，即可得到兩個不同拉氏位置上的壓力P和徑向位移(r-ro)隨時間的變化規(guī)律。p=α[( (ΔR)/(R0) )m- (Km)/(Kc) ( (ΔR)/(R0) )c]r-ro= (r0)/(Kc) ( (ΔR)/(R0) )c式中P-壓力r0-敏感部分的初始半徑r-r0-為質點的徑向位移(ΔR)/(R0) -示波器的記錄結果α-錳銅的壓阻系數(shù)K-動態(tài)拉伸系數(shù)下標m和c分別表示錳銅和康銅根據(jù)測得的壓力P和徑向位移r用下面兩式求得相應的比容V和質點速度u即
式中的下標1表示沖擊波陣面上的量，下標j表示沿徑線，下標h表示沿跡線。
2.如權利要求1所述的二維軸對稱動高壓流場的拉氏測量方法，其特征在于錳銅箔(24)或康銅箔(25)的動態(tài)拉伸系數(shù)Km和Kc的動態(tài)標定實驗方法為將待測的錳銅箔(24)或康銅箔(25)粘貼在用銅、鋁，或有機玻璃材料制成的管殼(8)上，呈封閉園環(huán)型，從兩個端點分別引出一對電源端(9)引線和一對信號端(10)引線，構成一個四端回路，管殼(8)內裝有驅動炸藥(11)，發(fā)光藥柱(13)作為背景光源，靠高速像機記錄下錳銅箔(24)或康銅箔(25)的直徑的變化過程△r/r0，電測系統(tǒng)記錄下錳銅箔(24)或康銅箔(25)的電阻變化△R/R0，光測信號與電測信號的相對位置靠發(fā)光藥柱(13)上留有的空氣隙(14)中插有的電探針(15)來確定。那么動態(tài)拉伸系數(shù)應為K= (ΔR/R0)/(Δr/r0)標定后可得到不同時刻對應于不同應變值的K值
式中ε＝△r/r0
3.如權利要求1所述的二維軸對稱流場的拉氏測量方法，其特征在于二維軸對稱流場的沖擊波加載由加載裝置(23)完成。加載裝置(23)由雷管(18)，有機玻璃套(19)，加載藥柱(20)和金屬隔板(21)組成，實驗時將雷管(18)，有機玻璃套(19)，加載藥柱(20)和金屬隔板(21)依次疊摞起來，放置于被測炸藥(22)之上，距離被測炸藥(22)上端h處放有拉氏量計(1)測量二維軸對稱沖擊波起爆過程中的壓力分布和徑向位移分布。
4.如權利要求3所述的二維軸對稱流場的沖擊波加載裝置(23)，其特征在于加載裝置(23)的加載藥柱(20)為壓裝TNT，φ20.2×39.6(ρ0＝1.58g/cm3)+φ40.3×49.7(ρ0＝1.59g/cm3)，金屬隔板(21)的直徑為φ50.5，Al，ρ0＝2.78g/cm3，加載藥柱(20)也可為φ20.1×19.8(ρ0＝1.59g/cm3)，金屬隔板(21)的直徑為φ20.0，cu，ρ＝8.924g/cm3。調整金屬隔板(21)的厚度x，可得到不同幅度P的輸出壓力脈沖。
全文摘要
一種二維軸對稱流場的拉氏測量方法，采用二維錳銅—康銅環(huán)型組合拉氏量計和兩種隔板加載裝置，可以測量二維軸對稱動高壓流場中不同拉氏位置上的壓力和質點經向位移隨時間的變化，從而可以進行準一維拉氏分析計算，得到相應流場中的其他物理量即比容V和質點速度u。錳銅箔和康銅箔的動態(tài)拉伸系數(shù)設有專門的實驗進行標定。
文檔編號G01N33/22GK1039113SQ88103850
公開日1990年1月24日 申請日期1988年6月30日 優(yōu)先權日1988年6月30日
發(fā)明者浣石, 丁敬 申請人:北京理工大學