【摘 要】
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随着燃料空气炸药的发展,爆炸场的热毁伤效应愈加明显,由于非稳态热流密度是战斗部热毁伤威力评估的重要参数,因此爆炸场热流密度的测试方法越来越受到重视。目前,热流密度传感器有薄膜热流传感器、热电堆式热流传感器等,但它们都存在一定的缺陷,不能满足爆炸场测试的要求。而塞式热流传感器结构简洁、使用方便,但由于国内并没有对其尺寸及相关材料设计的完善研究,所以其推广程度在国内较低,应用场合较少,只曾被少数单位用
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随着燃料空气炸药的发展,爆炸场的热毁伤效应愈加明显,由于非稳态热流密度是战斗部热毁伤威力评估的重要参数,因此爆炸场热流密度的测试方法越来越受到重视。目前,热流密度传感器有薄膜热流传感器、热电堆式热流传感器等,但它们都存在一定的缺陷,不能满足爆炸场测试的要求。而塞式热流传感器结构简洁、使用方便,但由于国内并没有对其尺寸及相关材料设计的完善研究,所以其推广程度在国内较低,应用场合较少,只曾被少数单位用于小型风洞测试。本文针对爆炸场气体高速流动,温度变化迅速,且伴随冲击波高压的情况,设计了一种塞式热流传感器,使其能够对爆炸场的热流密度进行接触式测量。本文围绕爆炸场热流密度的测试,主要研究了以下内容:（1）根据爆炸场高温高压的特点,进行了爆炸场热流特性分析,得出所需热流传感器量程大约为10MW/m~2;（2）根据塞式热流传感器的物理模型,对其热敏元件、隔热层、传感器壳体等材料进行了针对性的选择与改进;（3）根据一维稳态传热的理论,对塞式热流传感器的组成结构和测量原理进行了理论推导,建立了塞式传感器测量热流的数学模型;（4）利用ANSYS有限元仿真平台,针对塞式热流传感器的热敏元件尺寸,进行了爆炸冲击波下的应力仿真与非稳态热流下的热力学仿真,分别确定其最优直径为8mm,最优厚度为3mm;（5）针对热流传感器的导热性、输入与输出特性等进行有限元仿真分析,并得到了入射热流与输出电压信号的关系;（6）搭建硬件测试系统,进行热流模拟试验。仿真结果表明,所设计的塞式热流传感器量程为0～9.6MW/m~2,响应时间为70ms,测量误差为3.1%,基本满足指标要求。在模拟试验中,塞式热流传感器测得的热喷枪热流为4.4MW/m~2,与标准热流传感器所测热流值基本一致,实验表明塞式热流传感器的仿真方法正确,基本结构可行。
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