Page 19 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 王俊龙，等： 不同气压环境下冲击波对人体头颈致伤力学指标的影响规律 第 11 期

1.1.2 激波管
[34]
采用激波管装置模拟爆炸冲击波环境，该装置主要由高压驱动段、被驱动段、实验段和消波段构成 ，
且整个系统为密闭结构，可通过与消波段连接的真空泵调节管内初始大气压（见图 1(a)）。消波段管壁装
有压力传感器，用于实时监测消波段气压。
在激波管实验段的管壁上布设 2 枚超压传感器，间距 25 cm，借助定制工装使传感器感应面与实验
段内表面保持齐平，采用刚性固定方式确保安装稳定。激波管自由场超压信号通过 DH8305 型动态信号
测试分析系统进行采集，采样频率设定为 1 MHz。高压驱动段与被驱动段之间由钢制膜片分隔，以压缩
空气作为驱动源；通过调整膜片厚度与驱动段压力，使其破裂并产生特定峰值超压的模拟爆炸冲击波。
激波管可以有效模拟真实炸药爆炸产生的冲击波，且重复性较好，性能满足实验需求 [35] 。
1.2 方案
为探究不同环境气压对头部致伤指标的影响，采用激波管模拟产生爆炸冲击波。实验中保持激波
管 驱 动 段 破 膜 压 力 与 膜 片 材 质 /厚 度 一 致 ， 以 保 证 破 膜 前 的 加 载 工 况 一 致 。 在 接 近 标 准 大 气 压 （ 约
101 kPa）条件下，通过更换不同厚度的膜片生成 3 种强度等级的模拟爆炸冲击波，其峰值超压约为 60、
135 和 200 kPa。考虑到破膜后冲击波传播与衰减受环境气压影响，将环境气压作为控制变量，并在相同
破膜工况下比较不同环境气压条件下的冲击波加载与致伤响应差异。参考前人研究中的气压环境分级
标准 [14,27] ，设定 4 种不同气压环境，实验段环境压力分别为 101、90、70 和 54 kPa。在每种环境压力下均
开展 3 种不同冲击波强度的实验，共计 12 类不同条件测试。
实验分为 2 部分：第 1 部分，在未放置模型的激波管内开展实验，用于评估不同环境气压条件下冲
击 波 测 试 环 境 的 可 靠 性 ； 第 2 部 分 ， 将 模 型 置 入 激 波 管 实 验 段 进 行 冲 击 波 实 验 ， 并 记 录 模 型 数 据 。
1.2.1 自由场环境气压测试
在前期工作中，已对激波管实验段出口附近冲击波波阵面的空间均匀性进行评估，结果表明该区域
冲击波均匀性良好 [34] 。因此，选取实验段出口附近作为自由场压力测点布置位置，并采用 KD2002L-01
型自由场压力传感器采集模拟爆炸冲击波的超压时程曲线。传感器感应面布置于距实验段出口 1 cm
处，用于记录不同工况下的压力响应数据。
实验工况按照前述 12 种组合条件执行并采集压力数据，其中，环境压力为 101 kPa 时对应的 135 和
200 kPa 冲击波强度下的实验结果，参见前期研究 [34] 。本实验所在地理位置海拔为 43.5 m，其实际测得的
大气压约为 101 kPa。
1.2.2 不同气压环境冲击波测试
所有实验均在室温条件下进行。模型通过刚性连接方式固定于实验段测试平台，其安装姿态与相
对位置参照前期工作 [6] 的布置方案，以保证模型正面朝向冲击波来波方向（见图 1(a)）。模型头前部超压
传感器的感应面布置于距实验段出口 1 cm 处。实验按前述 12 种组合工况开展测试。每种工况均进行
3 次 重 复 实 验 ， 以 提 高 数 据 的 稳 定 性 与 结 果 的 可 靠 性 。 其 中 ， 环 境 压 力 为 101 kPa 时 对 应 的 135 和
[6]
200 kPa 冲击波强度下的实验结果，参见前期研究 。
1.3 数据处理与分析
参照相关标准 [36] 要求，对加速度、角速度及力信号采用 CFC (channel frequency class) 1000 等级滤波
处理，扭矩信号则选用 CFC 600 等级滤波。

2 结果与讨论

由于冲击波峰值超压约为 135 和 200 kPa 工况下所获得的各指标变化规律与冲击波峰值超压约为 60 kPa
工况下的一致。因此，本文主要展示冲击波峰值超压约为 60 kPa 工况下的详细测试数据及实验结果。
2.1 实验段出口冲击波参数的变化
图 2 给出了采用 KD2002L-01 型自由场压力传感器测得的不同环境气压条件下实验段出口超压时程

111501-4