【摘要】：水下爆炸自由場壓力是水下爆炸測試的一個關(guān)鍵參數(shù)，，通過測量自由場壓力，可以確定艦船所遭受爆炸載荷的量級，評估各種炸藥的爆炸威力，因此對艦船抗爆研究及武器設(shè)計均具有十分重要的意義。但目前對壓力測量的研究主要集中于技術(shù)層面，對這項測量技術(shù)機理性研究還不充分，無法評定結(jié)果的準確性，阻礙了水下爆炸壓力測量技術(shù)的深入發(fā)展。為此，本文從理論和試驗兩方面研究了水下爆炸壓力測量系統(tǒng)對信號的傳遞特性，分析了影響水下爆炸壓力測量不確定度的主要因素，形成了水下爆炸壓力測量不確定度評定方法，并對現(xiàn)有的水下爆炸壓力測量系統(tǒng)進行了不確定度評定。 水下爆炸壓力測量的理論研究是本文的重要組成部分，只有從機理上認識水下爆炸壓力信號的建立過程，才能合理地進行不確定度評定。本文將壓力信號從輸入到輸出分為三個環(huán)節(jié)。分別為壓力場接收環(huán)節(jié)、壓力場轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)及信號電路傳輸環(huán)節(jié)。在壓力場接收環(huán)節(jié)，建立了壓電晶片的聲場散射理論模型，研究了沖擊波對晶片的覆蓋延遲及聲散射對接收壓力場的畸變效應；在壓力場轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，以壓電元件振動表征晶體在外壓力場作用下的壓電轉(zhuǎn)換過程，分析了振動固有頻率及阻尼比對壓力信號的影響。在信號電路傳輸環(huán)節(jié)，分析了電路各組成單元的傳遞特性以及相互連接的耦合特性。重點分析了傳輸導線及放大器對電路特性的影響，最終給出了一個測量電路的總體網(wǎng)絡函數(shù)。 水下爆炸壓力測量不確定度評估方法的建立是本文的核心部分。基于水下爆炸壓力測量的理論分析，提出以傳遞函數(shù)來表征水下爆炸壓力測量動態(tài)不確定度，進而建立了三個環(huán)節(jié)動態(tài)不確定度的數(shù)學模型，并分析了影響因子的敏感性，從幅頻及相頻兩個角度來詮釋水下爆炸壓力測量動態(tài)不確定度，從機理上體現(xiàn)了水下爆炸壓力測量評價的核心本質(zhì)。最后將系統(tǒng)的不確定度與待測壓力信號頻率權(quán)重特性結(jié)合起來，將系統(tǒng)對信號的測量不確定度指標采用一個無量綱數(shù)值描述，從而使評定結(jié)果更加直觀、明了。 水下爆炸壓力測量不確定度數(shù)學模型是建立在理論分析的基礎(chǔ)上，其實用性需要通過試驗進行驗證。本文通過自研壓力傳感器及放大器組成了壓力測量系統(tǒng)，應用所建立的不確定度數(shù)學模型，實驗研究了測量系統(tǒng)中各要素對波形的影響規(guī)律，并對PCB水爆炸壓力測量系統(tǒng)測得的波形也進行了研究，驗證了不確定度數(shù)學模型的實用性。最后對試驗涉及到兩個測量系統(tǒng)進行了壓力測量不確定度評定。 以上研究內(nèi)容從本質(zhì)上分析了水下爆炸壓力測量的壓電傳遞過程中的不確定度來源，通過傳遞函數(shù)將這個轉(zhuǎn)換傳遞過程進行定量描述，得出了水下爆炸壓力測量不確度的頻率依賴屬性，形成了對壓力測量系統(tǒng)的適用性及可靠性更準確判斷的方法，對于水下爆炸壓力測量技術(shù)的提升和發(fā)展提供了有力的支持。
【學位授予單位】：中國艦船研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U674.70;O381

【參考文獻】

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本文編號：2545657