Page 39 - 《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

tanθ=0 tanθ=0.3 tanθ=0.4

t=20.5 ms t=20.8 ms t=20.7 ms Pressure/MPa
0.9

t=33.2 ms t=34.7 ms t=34.3 ms 0.7

0.5
t=42.2 ms t=43.7 ms t=43.3 ms

0.3
t=61.9 ms t=61.9 ms t=63.1 ms

0.1

图 15 冲击波在不同开口角度出口处的压力传播云图
Fig. 15 Pressure contours of shock waves propagating at variable cross-section outlets with different opening angles
3 基于氢氧爆轰的爆炸冲击波复现

氢氧爆轰驱动下产生的冲击波受到诸多因素的影响，且部分因素对于冲击波波形的调控是规律性的。
因此，基于已有的爆炸冲击波实验数据，分析产生同样冲击加载的氢氧爆轰驱动初始条件，以此条件进
行数值模拟，并将模拟结果与实验结果进行对比。参考黑火药在空气中爆炸的冲击波压力实验数据 [27] ，
其中，冲击波峰值压力为 1.19 MPa。将峰值压力数据代入图 7 所示的拟合公式，计算得到如表 1 中工况 7
的模拟条件。计算并提取观测点处模拟冲击波压力数据，并与实验数据 [27] 进行对比，如图 16 所示。可
以看出，模拟冲击波峰值压力与实验数据 [27] 吻合较好，但冲击波正压作用时间与实验数据吻合度不高。
由 2.1.4 节可知，少量掺混氮气稀释剂可以延长冲击波正压作用时间，但会相对降低冲击波峰值压力。因
此，掺混体积分数为 25% 的氮气后得到表 1 中工况 8 的模拟条件，计算并提取观测点处的压力波形数
据，并与实验数据进行对比，如图 17 所示。模拟结果表明，黑火药爆炸冲击波可由本文中提出的大型激
波管以氢氧爆轰驱动方式产生的冲击波加以复现，且在峰值压力、正压作用时间等参数上实现了较好的
复现效果。综上所述，利用氢氧爆轰驱动方式进行爆炸冲击波场景复现实验切实可行。

1.2 Experiment [27] 1.2 Experiment [27]
Simulation Simulation
1.0 1.0
0.8 0.8
Pressure/MPa 0.6 Pressure/MPa 0.6

0.4
0.4
0.2 0.2
0 0
−0.2 −0.2
50 100 150 50 100 150
Time/ms Time/ms
图 16 工况 7 下冲击波压力模拟结果与 图 17 工况 8 下冲击波压力模拟结果与
实验结果 [27] 的比较 实验结果 [27] 的比较
Fig. 16 Simulated shock wave pressure compared with Fig. 17 Simulated shock wave pressure compared with
[27]
[27]
the experimental one under condition 7 the experimental one under condition 8

092102-10