本申請公開了一種基于背景紋影技術的爆炸沖擊波波后參數測量方法、裝置，所述方法包括步驟：基于背景紋影技術獲取沖擊波波后折射率；根據沖擊波基本性質及狀態參數方程、理想氣體狀態方程獲取的理想氣體換算公式、所述沖擊波波后折射率分別獲取沖擊波波后密度、壓強、速度、溫度以及馬赫數。本申請一方面避免了測試中傳感器布置不合理、損壞導致的測試數據不合理以及測試成本增加的問題，同時，相比壓力傳感器電測法和紋影攝像方法，本申請能夠實現沖擊波波后密度、壓強、速度、溫度等信息的定量測量，數據更全面可靠，成本低，從而方便研究人員更加科學全面地進行爆炸威力的測量和研究，提高測量的準確性和可靠性。提高測量的準確性和可靠性。提高測量的準確性和可靠性。
【技術實現步驟摘要】
基于背景紋影技術的爆炸沖擊波波后參數測量方法、裝置
[0001]本申請涉及沖擊波測試
，特別地，涉及一種基于背景紋影 技術的爆炸沖擊波波后參數測量方法、裝置。
技術介紹
[0002]彈藥爆炸沖擊波超壓測試一般采用壓力傳感器電測法。該方法主要通 過在爆炸場附近布置壓力傳感器陣列，通過壓力傳感器測量的壓力信號測 量近地區域關鍵點位的氣體壓強信息。
[0003]目前，大范圍的沖擊波威力非接觸測量主要采用紋影攝像方法。該方 法主要基于爆炸沖擊波作用時，裝藥在空氣中爆炸，快速釋放能量產生高 溫、高壓爆轟產物，劇烈壓縮周圍的空氣介質，形成一個以超聲速運動， 壓力、密度、溫度等狀態參數有途躍變化的壓縮空氣層，這個壓縮空氣層 即為空氣沖擊波。由于沖擊波作用過程為瞬態過程，當波陣面成像滿足攝 影測量條件時，則被高速攝影系統捕獲成像。基于沖擊波紋影攝影結果， 提取不同時刻沖擊波運動界面位置，進而獲取沖擊波的運動速度信息。
[0004]現有的處理方法存在如下不足：
[0005]壓力傳感器電測法：一方面爆炸近場飛散破片極有可能損壞傳感器敏 感元件，并且爆炸近場火光、煙塵以及電磁干擾使得傳感器輸出信號嚴重 失真；另一方面要想獲取爆炸沖擊波場數據，需要在多點布設傳感器測試 陣列，試驗成本較大。由于彈藥動爆實際落炸點不確定，試驗現場傳感器 測點的布設位置難以控制，導致某些重要位置的數據漏測，難以對彈藥動 爆條件下的沖擊波場獲得全面認識。
[0006]紋影攝像方法：紋影攝像是利用光在被測流場中的折射率變化的基本 原理進行測量的。爆炸過程中，沖擊波向周圍擴散，導致波陣面兩側空氣 密度等存在顯著差異，進而導致沖擊波前后折射率有較大差異。當光在沖 擊波場中折射率變化較大，能夠被高速攝像系統捕獲到，則形成了沖擊波 高速紋影攝像。正因如此，該方法通過提取不同時刻沖擊波運動界面位置， 進而獲取沖擊波的運動速度信息，但無法獲取諸如密度、壓強和溫度等氣 體狀態參數信息。
技術實現思路
[0007]本申請一方面提供了一種基于背景紋影技術的爆炸沖擊波波后參數 測量方法，以解決現有爆炸沖擊波測量方法成本高、誤差大、數據不全面 的技術問題。
[0008]本申請采用的技術方案如下：
[0009]一種基于背景紋影技術的爆炸沖擊波波后參數測量方法，包括步驟：
[0010]基于背景紋影技術獲取沖擊波波后折射率；
[0011]根據沖擊波基本性質及狀態參數方程、理想氣體狀態方程獲取的理想 氣體換算公式、所述沖擊波波后折射率分別獲取沖擊波波后密度、壓強、 速度、溫度以及馬赫數。
[0012]進一步地，所述基于背景紋影技術獲取沖擊波波后折射率，具體包括 步驟：
[0013]搭建用于測量爆炸沖擊波的背景紋影測量設施；
[0014]通過采用高分辨率的CCD相機記錄有/無流場干擾情況下的一對背景 隨機點陣圖像，得到背景隨機點陣圖像上點的虛位移(Δx',Δy')；
[0015]運用圖像互相關算法對這一對圖像進行互相關計算，獲得該隨機點對 應成像平面上的實位移(Δx,Δy)；
[0016]基于所述實位移(Δx,Δy)結果，通過給定邊界條件，并利用有限差分或 有限元方法進行求解，獲得測量區域的投影積分效果的定量折射率場分布 作為沖擊波波后折射率。
[0017]進一步地，根據沖擊波基本性質及狀態參數方程、理想氣體狀態方程 獲取的理想氣體換算公式、所述沖擊波波后折射率獲取沖擊波波后密度， 具體包括步驟：
[0018]根據Newell、Baird、理想氣體狀態方程獲取的理想氣體換算公式，設 定波前密度ρ0為當地大氣密度，得到對應的沖擊波波后密度ρ1：
[0019][0020]其中，R
C
表示氣體常數，n1表示沖擊波波后折射率，N
0.760
表示0攝 氏度，一個大氣壓下的空氣折射率值。
[0021]進一步地，根據沖擊波基本性質及狀態參數方程、理想氣體狀態方程 獲取的理想氣體換算公式、所述沖擊波波后折射率分別獲取沖擊波波后壓 強，具體包括步驟：
[0022]結合理想氣體狀態方程和沖擊波狀態參數方程，考慮波前密度ρ0和壓 強p0為當地大氣密度和壓強，則沖擊波波后壓強為：
[0023][0024]假定沖擊波作用過程符合多方氣體規律，內能與溫度呈正比，k為其 多方指數，當沖擊波壓力不超過50個大氣壓時，即未引起氣體分子離解 或電離過程，k取常數為1.4；
[0025]設A＝273.15R
C
N
0,760
ρ0+760n1，B＝273.15R
C
N
0,760
ρ0?
760n1，則：
[0026][0027]進一步地，根據沖擊波基本性質及狀態參數方程、理想氣體狀態方程 獲取的理想氣體換算公式、所述沖擊波波后折射率分別獲取沖擊波波后速 度，具體包括步驟：
[0028]基于背景紋影技術確定不同時刻的沖擊波界面位置；
[0029]假設波陣面為半徑為R的球面，在時間間隔Δt的情況下，波陣面移 動距離為ΔR，則計算局部波陣面移動速度U＝ΔR/Δt。
[0030]進一步地，根據沖擊波基本性質及狀態參數方程、理想氣體狀態方程 獲取的理想氣體換算公式、所述沖擊波波后折射率分別獲取沖擊波波后溫 度，具體包括步驟：
[0031]根據未引起氣體分子離解或電離狀態下的理想氣體狀態方程、結合所 得的波后密度ρ1和壓強p1關系式確定沖擊波波后溫度T1，即：
[0032][0033]進一步地，根據沖擊波基本性質及狀態參數方程、理想氣體狀態方程 獲取的理想氣體換算公式、所述沖擊波波后折射率分布n分別獲取沖擊波 波后馬赫數，具體包括步驟：
[0034]將沖擊波某一局部位置看成正激波，根據一維等熵流動關系式：
[0035]根據一維等熵流動關系式：
[0036][0037]其中，M為馬赫數，p0為波前壓強；
[0038]那么，結合一維等熵流動關系式和波后壓強p1關系式，獲取對應的馬 赫數為：
[0039][0040]本申請另一方面還提供了一種基于背景紋影技術的爆炸沖擊波波后 參數測量裝置，包括：
[0041]折射率求取模塊，用于基于背景紋影技術獲取沖擊波波后折射率分 布；
[0042]沖擊波波后參數計算模塊，用于根據沖擊波基本性質及狀態參數方 程、理想氣體狀態方程獲取的理想氣體換算公式、所述沖擊波波后折射率 分別獲取沖擊波波后密度、壓強、速度、溫度以及馬赫數。
[0043]本申請另一方面還提供了一種電子設備，包括存儲器、處理器及存儲 在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序 時實現所述的爆炸沖擊波波后參數測量方法。
[0044]本申請另一方面還提供了一種存儲介質，所述存儲介質包括存儲的程 序，在所述程序運行時控制所述存儲介質所在的設備執行所述的爆炸沖擊本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種基于背景紋影技術的爆炸沖擊波波后參數測量方法，包括步驟：基于背景紋影技術獲取沖擊波波后折射率；根據沖擊波基本性質及狀態參數方程、理想氣體狀態方程獲取的理想氣體換算公式、所述沖擊波波后折射率分別獲取沖擊波波后密度、壓強、速度、溫度以及馬赫數。2.根據權利要求1所述的爆炸沖擊波波后參數測量方法，其特征在于，所述基于背景紋影技術獲取沖擊波波后折射率，具體包括步驟：搭建用于測量爆炸沖擊波的背景紋影測量設施；通過采用高分辨率的CCD相機記錄有/無流場干擾情況下的一對背景隨機點陣圖像，得到背景隨機點陣圖像上點的虛位移(Δx',Δy')；運用圖像互相關算法對這一對圖像進行互相關計算，獲得該隨機點對應成像平面上的實位移(Δx,Δy)；基于所述實位移(Δx,Δy)結果，通過給定邊界條件，并利用有限差分或有限元方法進行求解，獲得測量區域的投影積分效果的定量折射率場分布作為沖擊波波后折射率。3.根據權利要求1所述的爆炸沖擊波波后參數測量方法，其特征在于，根據沖擊波基本性質及狀態參數方程、理想氣體狀態方程獲取的理想氣體換算公式、所述沖擊波波后折射率獲取沖擊波波后密度，具體包括步驟：根據Newell、Baird、理想氣體狀態方程獲取的理想氣體換算公式，設定波前密度ρ0為當地大氣密度，得到對應的沖擊波波后密度ρ1：其中，R
C
表示氣體常數，n1表示沖擊波波后折射率，N
0,760
表示0攝氏度，一個大氣壓下的空氣折射率值。4.根據權利要求3所述的爆炸沖擊波波后參數測量方法，其特征在于，根據沖擊波基本性質及狀態參數方程、理想氣體狀態方程獲取的理想氣體換算公式、所述沖擊波波后折射率分別獲取沖擊波波后壓強，具體包括步驟：結合理想氣體狀態方程和沖擊波狀態參數方程，考慮波前密度ρ0和壓強p0為當地大氣密度和壓強，則沖擊波波后壓強為：假定沖擊波作用過程符合多方氣體規律，內能與溫度呈正比，k為其多方指數，當沖擊波壓力不超過50個大氣壓時，即未引起氣體分子離解或電離過程，k取常數為1.4；設A＝273.15R
C
N
0,760
ρ0+760n1，B＝...
【專利技術屬性】
技術研發人員：丁浩林，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科技大學，
類型：發明
國別省市：
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