哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
激波管作为结构简单，可靠性和可重复性高，维护成本低的冲击波生成装置，
在冲击波加载、热化学反应触发、仪器标定等领域被各国学者广泛使用并已经取得
了丰富的研究成果。但不同领域的学者在激波管的应用上有各自的侧重点，例如研
究热化学的学者侧重点在激波管所激发的反应和所生成的热化学反应条件上，研
究材料和结构在冲击波加载下的响应的学者，侧重点在所研究的材料和结构的响
应上，对激波管所生成的冲击波本身则关注较少，同时由于各个实验室所使用的激
波管设备规格和性能各不相同，导致在不同的设备上难以精准复现其生成的冲击
波的特性参数，对于不同的激波管设备，也难以有效的在实验前预报不同初始设置
下激波管所生成冲击波的冲击载荷特性。因此，本文对预报气压差驱动的等截面单
膜激波管所生成冲击波的冲击载荷特性进行了研究。
本文首先从流体力学基础理论与冲击波理论出发，对激波管的工作原理进行
了细致的分析，然后通过理论数值解的趋势，经过对比后确定了最重要的冲击载荷
特性的峰值超压的拟合数学形式，随后依据仿真模型计算得到的大量数据，通过对
比不同的拟合方式，选取最优的拟合函数建立经验预报模型，得到对激波管生成冲
击波的冲击载荷特性的经验预报，可通过激波管几何尺寸和初始压力对激波管所
生成冲击波的峰值超压、正压持续时间以及衰减系数进行预报。
同时提出了一个对于激波管生成冲击波的衰减与否和第二反射峰对冲击波波
形影响程度的辅助判据，可以在实验前便通过实验预设初始设置快速判断该实验
初始设置下激波管生成的冲击波是否符合实验要求。
最后通过三个不同实验室使用不同的仪器设备独立完成的五组实验的数据对
本文所提出的经验模型进行了验证。
关键词：激波管；经验预报模型；冲击波；冲击载荷特性
I
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Asasimpleandreliableshockwavegenerationdevicewithhighrepeatabilityand
lowmaintenancecosts,shocktubehasbeenwidelyusedbyscholarsinvariouscountries
inthefieldsofshockwaveloading,thermochemicalreactiontriggering,instrument
calibration,andhasachievedrichresearchresults.However,scholarsindifferentfields
havetheirownfocusesontheapplicationofshocktubes.Forexample,scholarsstudying
thermochemistryfocusonthereactionsexcitedbyshocktubesandthethermochemical
reactionconditionsgenerated,whilescholarsstudyingtheresponseofmaterialsand
structuresundershockwaveloadingfocusontheresponseofthematerialsandstructures
studied,andpaylessattentiontotheshockwavegeneratedbytheshocktubeitself.At
thesametime,duetothedifferentspecificationsandperformanceofshocktube
equipmentusedindifferentla