Page 24 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 姚术健，等： 等效模拟爆炸加载试验技术研究进展 第 4 期

载荷脉冲宽度，与大规模装药在远距离产生的爆炸效应相似。利用这一设施，对乙烯腈泡沫填充材料制成
的夹层结构在爆炸冲击荷载下的缓冲性能进行了深入分析。胡洋等 [50] 通过激波管模拟瓦斯爆炸事故，建
立了一套中尺度瓦斯爆炸激波管道试验系统，通过测量瓦斯爆炸的压力及火焰传播数据，预测了瓦斯爆
炸过程可能产生的灾害。此外，Louar 等 [30, 51] 通过炸药驱动激波管对铝板进行了一系列的试验，结合反演方
法（inverse method）深入探讨了爆炸荷载作用下铝板的动态响应特性。他们通过 3D-DIC（three-dimensional
digital image correlation）技术来测量铝板的全场变形，并与 Spranghers 等 [52-54] 在自由空气爆炸的试验结果
进行了对比，结果表明，与传统的自由空气爆炸相比，激波管试验能产生更高水平的超压和持续时间更
长的压力脉冲，这一发现对于理解材料在极端爆炸环境下的力学行为具有重要意义。
1989 年，Zaleask 等 [55] 设计了锥形激波管，用于美国海军研究实验室开展的相关冲击试验。以此为基
础，Stewart 等 [56-58] 使用 C4 炸药驱动 10°锥形激波管来近似空气爆炸环境，通过改变激波管测试段参数评
估了不同配置对模拟自由场爆炸环境的影响。由图 4 [56] 可知，使用外切方形截头，在锥形测试段能够最
好地近似模拟自由场爆炸产生的冲击波环境，实现了较高的峰值压力和脉冲，与理论预测的 Friedlander
波形吻合良好。图 4 中，1 psi=6.895 kPa。郑监等 [59] 研究了柱形装药条件下锥形水中爆炸激波管内的冲
击波特性，结合 CFD 对不同圆锥角和不同柱形装药质量下锥形激波管内的冲击波传播过程进行了模拟。

40 20
Free-field, gauge 1 Free-field, gauge 1
Free-field, gauge 3 15 Free-field, gauge 3
Incident overpressure/psi 20 Impulse per unit area/(psi·ms) 10
30
Shock tube, on-axis
Shock tube, on-axis
Shock tube, off-axis
Shock tube, off-axis
10

−10 0 5 0
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7
Time/ms Time/ms
(a) Pressure per unit area (b) Impulse per unit area
图 4 激波管出口处试验结果与自由场空气爆破试验结果对比 [56]
Fig. 4 Results of shock tube outlet test compared with those of free field air blasting test [56]
为了降低试验成本，许多学者采用经验公式预测炸药驱动激波管的相关参数，并与试验结果进行了
对比。张军等 [60] 建立了炸药爆炸的多介质流动数值模型，总结了炸药驱动激波管内冲击波超压峰值与
装药量、传播距离之间的关系，给出了直径为 2.5 m 的圆形激波管的超压预测公式。Guo 等 [61] 将 BP（back
propagation）神经网络引入到爆破峰值质点速度预测模型，利用惠州大亚湾实际爆破工程的监测数据对
模型进行了训练和测试，并将模型预测结果与 7 种经验模型进行了对比。在此基础上，陈梓薇等 [62] 建立
了四层反向传播神经网络以预测爆炸用激波管试验段的峰值压力，其预测值与激波管爆炸试验的平均
相对误差为 2.69%，能准确反映峰值压力与各影响因素之间的映射关系，节省了大量的人力和物力成本。
综上所述，炸药爆炸驱动的激波管作为传统的模拟爆炸荷载试验装置，以其卓越的可重复性和载荷
分布的对称性，几十年来受到了大量学者的关注，为模拟远场爆炸产生的爆炸载荷提供了一种有效的试
验手段。然而，在实际操作中它也面临着一些挑战，例如冲击波持续时间短、试验风险大、成本高、环境
污染和重复性不足等问题。
1.2 高压气体驱动激波管
最初，高压气体驱动激波管是被设计来研究激波前后气体特性的，图 2(b)～(c) 也说明了这一点。虽
然高压气体驱动激波管在模拟爆炸冲击方面表现出色，被视为一种优秀的模拟器，但一个真正理想的模
拟器应该能够精确复制远场爆炸产生的所有气动参数随时间的变化 [63] 。高压气体驱动激波管在复制真

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