文 献 综 述

19世纪末，法国化学家P.维埃耶为研究矿井中的爆炸，制成第一根激波管,并成功地做了实验。1946年,美国的W.布利克尼在研究报告中首先使用”激波管”这个名称。激波管早期主要应用于燃烧、爆炸和非定常波运动的研究以及压力传感器的标定等。1950年以来，由于研制洲际导弹和核武器的需要，激波管得到了蓬勃发展。激波管结构简单,使用方便而且价格低廉,能提供范围宽广的实验参量,因此得到广泛的应用。例如,在空气动力学、气体物理学、化学动力学和航空声学的研究中都广泛地使用激波管。近来，激波管又开始在气体激光、环境科学和能源科学的研究中发挥作用。为满足导弹、核武器等的发展需要，研制出了多种多样的激波管，并产生了诸如激波风洞（见风洞）等多种新型实验装置^[1]。

实验室中产生激波以达到迅速升至高温的装置。该装置分为两部分，对化学反应为惰性的高压传动气体及装有反应气体的低压部分，两部分间由金属薄膜或其他材料的膜隔开。当用适当的控制针把薄膜刺破，由于高压气体的膨胀，并以1～10马赫的速度向低压传播，低压气体被绝热压缩，在波阵面上产生高温(1000～10000K)。这种对介质施加的压力变化，就会引发密度、温度急剧增大和以超声速传播的不连续面，即激波。当在激波管的不同部位设置监测装置，即可测量不同时间的反应物或中间物、产物的浓度，以研究高温反应。激波管法可看成单脉冲的弛豫法。因其升温速率非常快，约1ns，又不需要特殊的热源，初温和高温间可产生任意所需温度的激波，适于研究气相高温快速反应。这一技术已在研究中受到重视，如燃烧反应之研究^[2]。

激波管国内研究现状

对于激波管在60年代初，我国开展用激波研究高温气体的工作。做过激波管内离子化气体的光谱研究，以及高温空气的辐射观察等方面的工作^[3]。俞鸿儒进行了反向爆轰驱动实验. 实验结果显示: 产生的入射激波衰减率低, 且重复性高。俞鸿儒的实验中,使用的可爆轰气体初始压力最高. 在高起始条件下, 实验过程中激波管出现剧烈震动。究其原因是由于爆轰波抵达管端时, 在端壁反射, 幅值超过初始压力百倍以上的反射峰压突然作用在端壁上所致. 这种安全因素未解决, 难以实用。之后俞鸿儒又做了相关实验，结果表明: 当被驱动段气体初始压力和入射激波强度在两种驱动条件下分别相同时, 前向爆轰驱动段所需可爆轰气体初始压力较反向约低一个数量级.。两者都证实前向爆轰驱动能力远远超过反向爆轰驱动.俞鸿儒提出利用氢氧爆轰气体代替轻气体作为辅助驱动段的驱动气体. 辅助驱动段与主驱动段初始压力比只需数倍就能消除主爆轰段中前向爆轰波后的Taylor 波, 并产生热力学参数和速度均匀的驱动气体.。加上辅助驱动段射出的爆轰燃气可直接起始主爆轰驱动段中的爆轰波, 解决了实用中的又一技术障碍^[4]。

在生物方面，1988年，由中国科学院力学研究所和解放军第三军医大学野战外科研究所合作，研制成功在实验室用压缩空气模拟爆炸波进行实验的BST#8212;1型生物激波管。由于设计新颖，中国研制的生物激波管不仅可模拟爆炸冲击波的正压，还可模拟1个大气压以下的负压，这在国际上属首创。此后，又陆续研制出2型和3型两种不同规格的生物激波管，可以对动物进行从整体到微小局部的多种实验，成为世界上第一个拥有系列生物激波管的国家^[5]。

由于历史原因，在我国激波管发展和应用与发达国家相比还很落后，其主要原因在于对气体动力学和气体物理学等专业知识比较薄弱，致使许多从事激波管研究的工程技术人员对其应用技术掌握甚少。当前应当更进一步结合我国社会主义建设和科学研究发展的需要，进行积极的规划，搞好激波管实验的研究，为促进我国生产建设和国防建设作出贡献。

激波管国外研究现状

激波管在国外较早的得到发展，由法国化学家Paul Vielle^[6]（1854～1934）首先发展了实用无烟推进剂，他利用20年时间在开矿中研究爆炸，与此研究工作相结合，并首先成功用激波管进行试验，他的结果发表在1899年，制造第一支激波管，用来研究火焰波和爆炸波的传播。以后，澳大利亚工程师Kobes^[7] (1910)对激波管流首先进行分析。激波管的方程（激波强度相对于破膜压力比的关系）是在1932年由德国的Schardin^[8]首先公式化。法国的Michel#8212;Levy和Moraour^[9]（1936～1938）用固体炸药的爆炸所产生的激波对发光度下降。Pyman和Sheperd，在英国，自1925年开始就对开矿安全相关的爆轰进行研究，并用激波对爆炸气体的混合物的燃点进行了一系列研究。他们使用了由Dixon（1903）所发明的连续旋转着的转轮摄影机。对固体引爆物进入气体的激波传播进行了纹影研究。在1940年，他们提出了一篇论文，发表在皇家协会论文集上，在该篇文章中，提出了对激波管流的综合性试验研究。

自1942年开始，Bleakney在美国的Princeton大学从事激波管发展和理论研究工作，首先用激波管流对压电传感器进行动态标定，以后对可压缩流和高温气体现象进行研究^[11]。在气体动力学和高超音速气体动力学方面，第二次世界大战以后，激波管被迅速发展，特别在美国，是作为一个航空研究的有效工具。在Princeton大学，用激波管对反射激波进行了研究和用用Mach#8212;Zehnder干涉仪对绕经物体的超音速流进行了研究。在Michigan大学在2#215;7吋²横截面激波管中用光学方法对二元机翼进行了亚音速、跨音速和超音速绕流试验研究，Kantrowitz和Hertzberg（1950）利用激波管进行了各种各样空气动力学研究。以后，Kantrowitz（1952）和Laporte（1954）各自用激波管作为一个高温热辐射的发生源^[12]。在激波管装置的发展后期，人们利用非常长的高压贮气管与高马赫数的加速喷管相连结，来增加持续时间和获得高超音速。Ludwieg管风洞就是其中一种，它是由德国的Ludwiog在1955年首先被提出，以后被英国和美国所发展，它的结构最简单。德国的气动研究所（AVA）在1968年已经建立了两个Ludwieg管风洞^[16]贮气管内的气体是用外部电加热。为了进一步增加持续时间，在长管中安置重活塞，称为活塞式激波管风洞，是由Perry在1963年首次提出，而被冯一卡门流体力学研究所（VKI）所发展，VKI的活塞式长激波管风洞已经用氮气进行试验^[13]。在物理方面，东京大学的航空和宇宙空间研究所（1973）正在用高功率的脉冲激光使稠密等离子区加热到高温，使获得接近热核反应时所产生的温度，并对由激光加热所形成的等离子区中激波进行研究。美国哥伦比亚大学建立的电磁激波管（1973），已获得激波速度高至4#215;10³公里/秒，等离子温度高到2#215;10⁷ ordm;K,相当于音速的马赫为3200，和相应于Alfven马赫数为15.已经接近核聚变的最低反应温度5#215;10⁷ ordm;K.。实现这种高温等离子状态的高速激波，可给物理和工程研究带来新的重要研究工具。激波管已用来对在星际大气中的飞行进行比拟，Lewis（1971）对比拟在火星和金星大气中进行飞行试验进行了探讨。Menard（1971）提出了比拟在木星和土星大气中进行飞行试验^[14]。在化学方面，Glick等人所发展的化学激波管，不能进行反应气体的高温加热，而且还能将高温反应生成物迅速地被剧冷而加以”冻结”。如此，可以进行化学取样，能定量地确定反应和生成物。H.Mastsui等人已完成了许多种气体混合物的振动弛豫时间的测量研究。对在激波后和疏稀波中的双原子气体、多原子气体和气体混合物中振动能传递问题亦行进了一定研究。T.Asaba等人^[28]用通常激波管对芳烃的高温反应进行研究等等^[15]。