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水下冲击波测量技术
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电线爆炸·水下冲击波测量技术PACS 52.35Tc·07.35.+k·52.80Wg1简介大量实验研究表明,高电流水下放电伴随着冲击波(SW)的产生[1-3]。这些软件广泛用于不同的重要技术应用和科学研究[4,5]。为了估计K.TakayamaA传达的信息。萨亚平·A。Grinenko·S。埃菲莫夫·雅·E·克拉西克(B)以色列海法32000 Technion物理部电必须测量这些波的时间压力分布,才能有效地将放电能量传递到生成的SW。该测量使用了不同的方法和探针。在这些方法中,可以提到冲击波传播的光学快速条纹或帧摄影[6]、目标速度测量的激光干涉测量[7]、基于压电效应的各种探针[8]、碳基探针[9]和飞行时间(TOF)方法[10]。这些方法各有其优缺点。例如,光学条纹和帧照片提供了有关SW速度的信息,可用于SW压力的评估,但该信息不足以用于SW能量估计。同样的问题与TOF方法有关。激光干涉试验方法在对目标位置时间演变进行仔细的数学处理后,提供了有关SW压力时间演变的数据。然而,在高电流水下放电的情况下,当水和焦油受到强辐射的预热[2,11]的影响很明显时,这种方法就成了疑问。此外,该方法需要在每次放电中更换目标。关于通过各种压电或碳基探头测量SW参数,应考虑这些探头的非线性响应。后者可能会对获得的压力波形造成显著干扰,从而导致SW压力和能量的高估[12]。在本文中,使用了多个上述压力计以及间接压力测量技术来获得水下电线爆炸产生的SW的峰值压力。这些压力计经过独立校准,适合水下快速SWS测量。必须彻底检查所用压力计工厂校准的可靠性及其在水下SW压力测量中的适用性。一些压力计不适用于测量脉冲短持续时间压力,因为这些压力计的特点是上升时间长或/和滞后。此外,一些压力计(碳基探头)在静压条件下进行了校准。其他仪表

74 A.Sayapin等人。图1实验装置。在空气激波管中校准爆炸线(压电)的bTe flion框架支架,同时空气的声阻抗与水的声阻抗不同。这些测量仪的上升时间与测量SW的典型上升时间相当,这可能导致测量SW频率范围内的非频率响应。这种非频率响应可能会扭曲测量信号的形状和振幅。直接基于量规的测量技术的结果已与间接方法(如TOF法和快速帧条纹相机直接测量SW速度)进行了比较和验证。2实验设置和诊断实验设置如图1所示。它由两个麦克斯韦型电容器(每个电容器为2.7µF、50 nH、50 kV)组成,并联连接并具有一个共轨间隙触发开关[13]。该系统允许在短路时获得振幅为∼115 kA ig。2 PCB-119A02压力表在距离排放通道85 mm处获得的排放电流和压力波的典型波形。铜线直径0.1mm,长度85mm。充电电压为22 kV,发电机电容为5µF(充电电压为35 kV,储能为3.3kJ),产生时间为∼3µs。设置的总自感为∼0.5µH。将高压、高电流脉冲施加到一根由长度为30–85 mm的Cu制成的细线(线径为0.05–0.8 mm)上。将该线置于浸入工业水中的两个电极之间。分别使用Tektronix高压、高阻抗探头和Pierson线圈进行电压老化和电流波形测量。使用PCB-11902A仪表获得的放电电流Id和压力的典型波形如图2所示(∼300 ns)电线(Id≈15 kA)(见图2a)和第一个SW的生成(见图2b)。此外,因为此外,由于大部分能量保留在电容器中,所以在水中的电极之间形成放电等离子体通道(Id≈55kA),产生第二SW。研究发现,导线爆炸(导致导线电爆炸的Id最大振幅)和等离子体通道形成(放电通道中的Id最大幅度)之间的时间延迟τ取决于导线的直径和长度以及存储的能量。也就是说,对于相同直径和长度的导线,Id振幅的增加导致τ的减小。此外,对于恒定的Id,导线长度和直径的减小导致τ的减小。让我们注意到,在τ>10的情况下−6µs,通过等离子体通道的放电具有非周期形式。在较小的τ下,放电具有周期性形式,电流衰减较快。

由放电产生的水下SW的测量方法75本文所述的实验是用一根铜线(直径0.1 mm,长度85 mm)进行的,该铜线使两个SW通过导线爆炸和等离子体通道形成而产生。通常,这些SW具有不同的脉冲持续时间和振幅;在这些实验中,τ为∼7µs。后者导致延迟≥对于不同的发电机充电电压,第一和第二SW出现的时间间隔为3µs,距离放电通道85 mm,其变化范围为15–30 kV(≥3µs),如后所示,压力表对第一个SW的响应变得非常小。这一事实允许我们得出结论,第二个SW在几乎没有扰动的水中传播。因此,这种设置允许对不同仪表获得的数据进行比较,并将每个仪表对具有不同参数的SW的响应进行比较。为了测量生成的SW的参数,我们使用了基于碳溶液的仪表、石英晶体TAL、由PCB压电电子公司生产的压电仪表PCB-119A02和PCB-138A38、基于Dynasen公司生产的微型压电CA-1136的TOF仪表以及用于拍摄SW在水中传播的快速成帧4Quik05A和streak EOK-XX摄像机。基于碳溶液的压力计由Bradley股份有限公司生产的碳电阻制成。众所周知,在增加的外部压力P下,碳电阻的电阻R会增加[9,14]。为了获得电阻变化对压力的依赖性,必须校准实验中使用的特定电阻器。我们测试了几种功率为0.125和0.25 W、电阻范围为5–250的碳电阻. 在所描述的实验中,我们使用r=30, 0.125 W电阻器与anR0=100串联电阻器。对这两个电阻器施加了φ=10 V的直流电压。经检查,直流电源不会导致电阻器发热。我们使用卡弗实验室压力机在压力(0–4)×107Pa的范围内,在填充石英砂的特制腔室中对这种类型的电阻进行了仔细的静态校准。该校准结果显示,压力与r/r=k,其中k=0.67 GPa−1.获得的R/R在多次重复校准测试中保持不变。校准还表明,在压力下降期间,电阻器存在明显的滞后行为。后者使得使用这种类型的探头测量真实压力波形变得可疑。然而,这些探头可用于在压力脉冲上升时进行压力振幅测量。电阻的变化R可以用电位差的变化来表示电阻Rdue处的无线电无线电=1+R0Rϕϕ1+ϕϕ−11+转/转−1(1)该电位差用数字示波器TDS-640A通过去耦低电感电容器(C=20µF)测量了。将测试电阻器放置在距离排放通道85、65、45和25mm的水中。结果表明,抵抗者可以维持数(∼5) 如果SW压力不超过108Pa,则放电。制备了类似于[15]和[16]中描述的量规的石英量规。也就是说,我们使用了直径为25mm、厚度为6mm的石英盘,上面覆盖着一层接地的薄金层。在石英的背面用一个半径为5mm的薄圆形金板制作一个集电体。集电体与接地层之间用一个宽度为1mm的环隔开作为负载的低电感电阻器被焊接到集电极上。压力表放置在填充环氧树脂的金属管中,距离排放通道35、50、60和100 mm。石英Pq(t)中的时间压力分布由50电阻器as[17]:Pq(t)[kPa]=0

 
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