基于高速纹影技术的爆炸冲击波图像测量研究

郑星; 黄海莹; 毛勇建; 张军; 周东

doi:10.37188/OPE.20223018.2187

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于高速纹影技术的爆炸冲击波图像测量研究

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-12

- 基于高速纹影技术的爆炸冲击波图像测量研究
- Research on image measurement of explosion shock wave based on high speed schlieren technology
- 光学精密工程 2022年30卷第18期页码：2187-2194
- 作者机构：
  
  中国工程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳 621900
- 作者简介：
  
  郑星（1987-），男，贵州凤冈人，硕士，工程师，2013年于重庆大学获得硕士学位，主要从事试验测试技术研究。E-mail： hjzhengx@caep.cn
  黄海莹（1973-），女，湖南宁乡人，硕士，高级工程师，2003于南京理工大学获硕士学位，主要从事试验测试技术研究。E-mail： hhy-1516@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(12072334)
- DOI：10.37188/OPE.20223018.2187
  中图分类号： O384
- 收稿：2022-03-31，
  
  修回：2022-05-07，
  
  纸质出版：2022-09-25
- 稿件说明：
移动端阅览
郑星,黄海莹,毛勇建等.基于高速纹影技术的爆炸冲击波图像测量研究[J].光学精密工程,2022,30(18):2187-2194.

ZHENG Xing,HUANG Haiying,MAO Yongjian,et al.Research on image measurement of explosion shock wave based on high speed schlieren technology[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(18):2187-2194.
郑星,黄海莹,毛勇建等.基于高速纹影技术的爆炸冲击波图像测量研究[J].光学精密工程,2022,30(18):2187-2194. DOI： 10.37188/OPE.20223018.2187.

ZHENG Xing,HUANG Haiying,MAO Yongjian,et al.Research on image measurement of explosion shock wave based on high speed schlieren technology[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(18):2187-2194. DOI： 10.37188/OPE.20223018.2187.

摘要

为了获取爆炸波模拟装置出口处冲击波的演化过程和流场形态，更好地控制爆炸波模拟装置的加载波形，从而满足对武器装备的加载要求，开展了爆炸冲击波的可视化图像研究。利用反射式纹影成像原理，通过高速CCD成像单元结合一系列光学元件，设计了基于激光光源的高速纹影测量系统，实现了爆炸波的图像演变过程测量，并通过外部冲击波压力传感器进行了对比分析。研究表明，通过该纹影系统获取的爆炸冲击波阵面数量与冲击波压力传感器所测结果吻合，并且获取了冲击波、反射波的图像形态以及形成演化过程，同时通过多个冲击波阵面的图像数据获取了爆炸冲击波的速度信息。该结果为爆炸波的有效加载以及更好地理解冲击波压力的形成和演化规律提供了新的技术途径和分析基础。

Abstract

In order to obtain the evolutionary process and flow-field shape of shock waves emanating from an explosion wave simulation device outlet， a visualization research of explosion shock waves is conducted. This research can aid in better control of the loading waveform， and consequently， meet the loading requirements of weapons. A reflective high-speed schlieren measurement system is designed， which comprises a high-speed charge-coupled device （CCD） imaging unit and a series of optical elements. The image-evolution process of explosion waves can be measured and compared with the signals received by an external shock wave pressure sensor. The research shows that the number of explosion shock wave fronts obtained by the schlieren system is consistent with the results measured by the shock wave sensor， and the image morphology， formation， and evolution process of shock and reflected waves are obtained. Concurrently， the velocity information of explosion shock waves is obtained through image data of multiple shock wave fronts. The results provide a new technical approach and basis for analyzing the effective loading of explosion waves， as well as a better understanding of the form and evolutionary law of shock wave pressure formation.

关键词

Keywords

references

王振宇，任辉启 . 国外大型爆炸波模拟装置设计研究综述［J］. 防护工程， 2009 ， 31 （ 006 ）： 72 - 79 .

WANG Z Y ， REN Q H . A survey of design studies of large blast simulators ［J］. Protective Engineering ， 2009 ， 31 （ 006 ）： 72 - 79 . （in Chinese）

辛凯，张婷，高永红，等 . 爆炸行波作用下单建式人防地下室土中感生应力波荷载分布规律研究［J］. 防护工程， 2020 ， 42 （ 2 ）： 11 - 15 . doi: 10.3969/j.issn.1674-1854.2020.02.002 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1674-1854.2020.02.002

XIN K ， ZHANG T ， GAO Y H ， et al . Study of induced stress wave load distribution law in soil for separate multi-layer basement under blast traveling waves ［J］. Protective Engineering ， 2020 ， 42 （ 2 ）： 11 - 15 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1674-1854.2020.02.002 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1674-1854.2020.02.002

姬建荣，苏健军，孔德仁，等 . 爆炸冲击波参数薄膜测试法研究［J］. 中国测试， 2016 ， 42 （ 10 ）： 21 - 24， 62 . doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2016.10.004 http://dx.doi.org/10.11857/j.issn.1674-5124.2016.10.004

JI J R ， SU J J ， KONG D R ， et al . The study on membrane method for parameter measurement of explosion shock wave ［J］. China Measurement ＆ Test ， 2016 ， 42 （ 10 ）： 21 - 24， 62 . （in Chinese） . doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2016.10.004 http://dx.doi.org/10.11857/j.issn.1674-5124.2016.10.004

柴栋梁，王文廉 . 柔性传感冲击波瞬态压力测试方法［J］. 中国测试， 2018 ， 44 （ 12 ）： 91 - 95 . doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2018.12.016 http://dx.doi.org/10.11857/j.issn.1674-5124.2018.12.016

CHAI D L ， WANG W L . Test method of transient pressure of flexible sensing shock wave ［J］. China Measurement ＆ Test ， 2018 ， 44 （ 12 ）： 91 - 95 . （in Chinese） . doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2018.12.016 http://dx.doi.org/10.11857/j.issn.1674-5124.2018.12.016

王宏亮，田宙，浦锡锋，等 . 平面激波加载下砂墙结构的冲击响应特性［J］. 爆炸与冲击， 2019 ， 39 （ 7 ）： 22 - 31 .

WANG H L ， TIAN Z ， PU X F ， et al . Dynamic responses of sand wall under planar shock loading ［J］. Explosion and Shock Waves ， 2019 ， 39 （ 7 ）： 22 - 31 . （in Chinese）

李芝绒，王胜强，蒋海燕，等 . 圆筒装置内爆炸压力载荷特性实验研究［J］. 爆炸与冲击， 2019 ， 39 （ 10 ）： 14 - 21 . doi: 10.11883/bzycj-2018-0327 http://dx.doi.org/10.11883/bzycj-2018-0327

LI Z R ， WANG S Q ， JIANG H Y ， et al . Experimental studies on characteristics of explosion pressure load in cylinder apparatus ［J］. Explosion and Shock Waves ， 2019 ， 39 （ 10 ）： 14 - 21 . （in Chinese） . doi: 10.11883/bzycj-2018-0327 http://dx.doi.org/10.11883/bzycj-2018-0327

顾泽凌，孟令军，任楷飞，等 . 爆炸桶中冲击波超压测试方法研究［J］. 中国测试， 2018 ， 44 （ 2 ）： 31 - 35 . doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2018.02.007 http://dx.doi.org/10.11857/j.issn.1674-5124.2018.02.007

GU Z L ， MENG L J ， REN K F ， et al . Study on the method of shock wave overpressure test in explosion bucket ［J］. China Measurement ＆ Test ， 2018 ， 44 （ 2 ）： 31 - 35 . （in Chinese） . doi: 10.11857/j.issn.1674-5124.2018.02.007 http://dx.doi.org/10.11857/j.issn.1674-5124.2018.02.007

陈龙明，李志斌，陈荣 . 装药动爆冲击波特性研究［J］. 爆炸与冲击， 2020 ， 40 （ 1 ）： 74 - 82 . doi: 10.11883/bzycj-2019-0029 http://dx.doi.org/10.11883/bzycj-2019-0029

CHEN L M ， LI Z B ， CHEN R . Characteristics of dynamic explosive shock wave of moving charge ［J］. Explosion and Shock Waves ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 74 - 82 . （in Chinese） . doi: 10.11883/bzycj-2019-0029 http://dx.doi.org/10.11883/bzycj-2019-0029

陈苏宇，常雨，江涛，等 . 高超声速边界层转捩高速纹影显示［J］. 宇航学报， 2019 ， 40 （ 9 ）： 1006 - 1013 . doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2019.09.004 http://dx.doi.org/10.3873/j.issn.1000-1328.2019.09.004

CHEN S Y ， CHANG Y ， JIANG T ， et al . Hypersonic boundary layer transition visualized by high-speed schlieren technique ［J］. Journal of Astronautics ， 2019 ， 40 （ 9 ）： 1006 - 1013 . （in Chinese） . doi: 10.3873/j.issn.1000-1328.2019.09.004 http://dx.doi.org/10.3873/j.issn.1000-1328.2019.09.004

LAURENCE S ， WAGNER A ， HANNEMANN K . Experimental study of second-mode instability growth and breakdown in a hypersonic boundary layer using high-speed schlieren visualization ［J］. Journal of Fluid Mechanics ， 2016 ， 797 ： 471 - 503 . doi: 10.1017/jfm.2016.280 http://dx.doi.org/10.1017/jfm.2016.280

KENNEDY R E ， LAURENCE S J ， SMITH M S ， et al . Hypersonic boundary-layer transition features from high-speed schlieren images ［C］. 55th AIAA Aerospace Sciences Meeting . 9 - 13 January 2017， Grapevine， Texas. Reston， Virginia ： AIAA ， 2017 ： 1683 . doi: 10.2514/6.2017-1683 http://dx.doi.org/10.2514/6.2017-1683

杨仁树，左进京，杨国梁 . 切缝药包定向控制爆破的试验研究［J］. 振动与冲击， 2018 ， 37 （ 24 ）： 24 - 29 . doi: 10.1155/2019/1085921 http://dx.doi.org/10.1155/2019/1085921

YANG R S ， ZUO J J ， YANG G L . An experimental study on slotted cartridge directional controlled blasting ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2018 ， 37 （ 24 ）： 24 - 29 . （in Chinese） . doi: 10.1155/2019/1085921 http://dx.doi.org/10.1155/2019/1085921

李斌，王雨，周志强，等 . 爆炸冲击波威力高速纹影测量方法［J］. 光学与光电技术， 2018 ， 16 （ 2 ）： 43 - 49 .

LI B ， WANG Y ， ZHOU Z Q ， et al . High-speed schlieren photography for measuring the explosive blast wave power ［J］. Optics ＆ Optoelectronic Technology ， 2018 ， 16 （ 2 ）： 43 - 49 . （in Chinese）

张雄星，王伟，刘光海，等 . 温度场纹影定量测量技术［J］. 中国光学， 2018 ， 11 （ 5 ）： 860 - 873 . doi: 10.3788/co.20181105.0860 http://dx.doi.org/10.3788/co.20181105.0860

ZHANG X X ， WANG W ， LIU G H ， et al . Quantative measuring technique for the temperature of flow fields in schlieren systems ［J］. Chinese Optics ， 2018 ， 11 （ 5 ）： 860 - 873 . （in Chinese） . doi: 10.3788/co.20181105.0860 http://dx.doi.org/10.3788/co.20181105.0860

胡洋，尹尚先， ARNTZENJ . Bjrn，等. 矿井瓦斯/空气预混气体爆燃的激光纹影测试系统设计［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 5 ）： 1045 - 1051 .

HU Y ， YIN S X ， ARNTZENJ . Bjrn， et al. Design of laser schlieren test system for mine gas/air premixed gas deflagration［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 5 ）： 1045 - 1051 . （in Chinese）

浏览量

1884

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

爆炸激波管出口流场特征的纹影诊断与分析

采用干涉条纹纹影法的轴对称温度场测量

基于旁瓣光束衍射反演的强激光远场焦斑测量方法

一种观察溶液浓度轮廓的新方法

增强反射的被动非视域成像U-NET重构