Page 38 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 郭 丁，等： 基于大型激波管氢氧爆轰驱动方式产生冲击波波形调控的数值模拟 第 9 期

力变化的平均幅度为 2.42%/m，相比驱动初始压力和初始温度的影响，驱动管长对于峰值压力的调控作
用最显著，可用于大范围峰值压力变动。另外，改变驱动管长对冲击波波速的调控是非线性的，当驱动
管长大于等于 24 m 时，爆轰产生冲击波到达观测点的时间几乎一致，而当管长小于 20 m 时，冲击波到达
观测点的时间随管长的减小而延后。不同驱动管长条件下，管内驱动气体总量不同，管长增大，氢氧爆
轰反应产生的总能量增大，使得冲击强度增高。

0.8 0.6
Length/m
9
12 Peak pressure
0.6 15 Fitting curve
18 0.5
21
Pressure/MPa 0.4 24 Peak pressure/MPa
27
30

0.2 0.4
y=0.010 6x+0.219 8
R =0.974
2
0 0.3
70 80 90 100 110 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33
Time/ms Diving tube length/m
图 12 不同驱动管管长条件下观测点处的 图 13 峰值压力-驱动管长度拟合函数（工况 5）
冲击波压力-时间曲线（工况 5） Fig. 13 Fitting curve between peak pressure
Fig. 12 Pressure-time histories of shock waves and driver section length (condition 5)
with different driving tube lengths (condition 5)

2.2.2 变截面出口开口角度的影响
在激波整形段后设变截面出口，通过更改出口开口角度，观察对冲击波特征产生的影响。选取表 1
中的工况 6，设置 4 种变截面出口开口角度 θ (tan θ = 0.0, 0.1, 0.3, 0.4)，模拟结果如图 14 所示。由图 14 可
知，随着变截面出口开口角度的增大，冲击波的传播速度一致，峰值压力有所衰减，正压作用时间增长。
选取 3 个开口角度条件下的模拟结果绘制压力云图，如图 15 所示，可知冲击波在激波整形段的波面为平
面，驱动面积较小，而进入变截面出口后，管壁附近激波速度有所衰减，冲击波界面转变为曲面，进入开
阔空间后以球面逐渐扩散，驱动面积逐渐增大。因此，在相同驱动能力下，变截面出口开口角度越大，冲
击波因驱动面积不断增大而所受阻力越大，峰值压力相应降低。

0.8

tanθ=0
tanθ=0.1
0.6 tanθ=0.3
tanθ=0.4
Pressure/MPa 0.4

0.2

0
70 80 90 100 110 120
Time/ms

图 14 变截面出口不同开口角度下观测点冲击波压力-时间曲线（工况 6）
Fig. 14 Pressure-time histories of shock waves at observation points at variable cross-section outlets
with different opening angles (condition 6)

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