[发明专利]一种水中爆炸压力测试实验系统及方法

权利要求书

1.一种水中爆炸压力测试实验系统，其特征在于，所述水中爆炸压力包括水面爆炸压力及水下爆炸压力；所述系统包括容器、药包、控制器、防护玻璃、两台高速相机、投影仪、计算机、图像分析模块和爆炸压力计算模块；

容器，用于盛放液体；所述液体包括水；

药包，设于所述液体中，用于产生被测爆炸源，使水面产生波动；

控制器，用于控制药包起爆及同步触发高速相机；

防护玻璃，设于容器上方、投影仪下方位置，用于防止容器中水飞溅到高空；

高速相机，用于图像采集，拍摄容器内盛放的液体表面状态图像；

投影仪，与计算机相连，用于投射计算机生成的散斑到所述容器内盛放的液体表面；

计算机，与投影仪相连，用于生成、输出散斑，并控制投影仪；所述计算机与控制器及高速相机分别相连，用于接收控制器的同步触发信号并传递给高速相机，控制高速相机的触发，并接收及储存高速相机采集的图像；

图像分析模块，装载在计算机上，用于处理分析两两台高速相机采集的图像，基于所述图像计算确定水面的位移和应变并输出；

爆炸压力计算模块，装载在计算机上，用于基于水的体积弹性模量及确定的所述应变计算出第一波动水面位置的水面爆炸压力；

根据所述水面爆炸压力确定表征相应药包爆炸能量的无量纲参数K值；

基于所述K值，根据公式计算得到水中不同位置点的爆炸压力随到爆源的距离的变化曲线；其中，Pm为水中爆炸压力，单位MPa；R为不同位置点到爆源的距离，单位m；w为炸药量，单位kg；

根据所述变化曲线，确定水中任一位置的爆炸压力。

2.根据权利要求1所述的测试实验系统，其特征在于，所述图像分析模块，具体用于根据数字图像相关技术原理，基于高速相机拍摄的变形前后水面的数字散斑图像，通过追踪水面的散斑图像，匹配变形前后数字散斑图像中的对应图像子区获得水面各点的位移，以实现变形过程中水面的三维坐标、位移及应变值的测量和获取。

3.根据权利要求1所述的爆炸压力计算系统，其特征在于，爆炸压力计算模块，具体用于根据公式P₀＝ε×E计算得第一波动位置的水面爆炸压力；其中，ε为根据图像分析系统得到的水面上第一散斑点的应变值；所述E是水的弹性模量，为2.18×10⁹Pa；P₀为水面爆炸压力，单位MPa。

4.根据权利要求3所述的爆炸压力计算系统，其特征在于，所述根据所述水面爆炸压力确定表征相应药包爆炸能量的无量纲参数K值包括：将所述水面爆炸压力、第一散斑点到爆源的距离R及炸药量w代入公式中，计算出表征相应药包爆炸能量的无量纲参数K值；其中，Pm为水中爆炸压力。

5.一种水中爆炸压力测试方法，其特征在于，包括步骤：

向容器内加入水；

在所述容器上方设置投影仪；

调节所述投影仪到容器内水面的高度至第一预定高度，以使所述投影仪投射的散斑在水面上清晰展示出来；

在所述容器内设置药包；

采集所述药包起爆前后水面变化的图像；

获取起爆前水面状态的第一图像，在第一图像中选取第一参考子区域；

获取起爆后水面状态的第二图像，获取与所述第一参考子区域对应的第一目标子区域；

根据所述第一参考子区域与所述第一目标子区域确定第一波动水面位置的位移；

基于所述位移得出第一波动水面的应变；

基于水的体积弹性模量及确定的所述应变计算出第一波动水面位置的水面爆炸压力；

根据所述水面爆炸压力确定表征相应药包爆炸能量的无量纲参数K值；

基于所述K值，根据公式计算得到水中不同位置点的爆炸压力随到爆源的距离的变化曲线；其中，P_m为水中爆炸压力，单位MPa；R为不同位置点到爆源的距离，单位m；w为炸药量，单位kg；

根据所述变化曲线，确定水中任一位置的爆炸压力。