爆炸近場毀傷沖擊參量測量技術綜述

鄭勇杰,姬建榮,蘇健軍

(西安近代化學研究所, 西安 710065)

0 引言

爆炸近場作為炸藥毀傷能力極強的區域,很早就得到了研究人員的關注,但因為爆炸近場復雜的特性導致其數據獲取困難,研究人員難以對爆炸近場進行深入探究,爆炸近場研究進展比較緩慢。近年來,隨著測量技術發展,近場毀傷過程的精細測量成為可能,近場沖擊參量作為全面描述戰斗部及其裝藥爆炸威力參數以及目標破壞機理的重要參數,其在防護工程、毀傷評估、爆炸力學等領域有著重要意義,得到國內外學者深入、精細化地研究,但是如何準確地獲取爆炸近場參量仍是一大難題。

根據Drotleff[1]的說法,近場范圍主要為裝藥半徑1.732倍到7.07倍,即裝藥體積的3～50倍。在這個距離下,爆炸沖擊波峰值壓力可達上百兆帕,同時伴隨著劇烈的光電效應以及大量固體顆粒和帶電粒子。這導致爆炸近場測量環境極其復雜嚴峻,一般的傳感器在這種條件下難以生存,即使測得數據,測量結果也會受到嚴重干擾。

面對爆炸近場這種復雜情況,研究人員自20世紀開始做出了許多努力。從穩定獲取爆炸近場沖擊參量數據以及增強儀器生存和干擾能力兩方面為主要出發點,采用改變測量原理、優化測量裝置等多種方法,在近場測量領域獲得許多成果,大大促進了爆炸近場測量技術的發展。本文將從間接測量技術和直接測量技術2個方面介紹近場測量的發展現狀,并分析測量方法在近場沖量中的適應性和穩定性。

1 間接測量法

在爆炸近場,沖擊波壓力會在大小、分布和方向等方面以極快速度變化,壓力上升時間極短(微秒級或納秒級),常規的測量方法難以獲得有效數據,容易出現測量結果受到嚴重干擾或測量儀器遭到損壞的情況。在這種惡劣條件下,早期許多研究人員選擇間接測量法獲取爆炸沖擊參量。間接測量法是指針對難以直接測量的物理量,可以通過測量易測量,再利用已知的函數關系式,將其轉化為目標物理量的測量方法。而沖量載荷及其空間分布特征作為判定爆炸毀傷模式和定量分析毀傷效果的重要依據,相對于壓力載荷來說更易用間接測量法獲取。

1.1 動量計法

根據經典力學,沖量等于動量的變化,

式中:F(t)表示作為時間的函數作用在物體上的力;m表示物體的質量;v-v0表示速度的變化。如果必要的物理參數已知,就能計算出沖擊載荷。動量計法就是利用這個原理,選擇效應物作為動量計,通過動量計獲取其受爆炸近場沖擊波作用后的動量或沖量,以此來推算其載荷。

為了確定爆炸近場載荷沖量,20世紀50年代許多研究人員提出了自己的想法:① Zeipel和Clemedson通過將一個金屬的物體自由懸掛,讓它收到空氣沖擊波作用而移動,用物體位移的距離來計算沖量;② Larsson通過把物體放在導管中,測量物體在導管內移動的距離以確定其沖量;③ Granstrom等將金屬的物體或活塞的動能施加在已知物理特性的元件上,測量其彈性或塑性變形程度以估計沖量;④ Zeipel和Clemedson將炸藥沖擊波作用于被限定的圓盤上,記錄其最大偏轉量來得到沖量。

但是上述的方法還是比較粗糙,為了獲得更加精確的數據,Parr[2]采用彈道滾動擺測量爆炸近場沖擊波和撞擊碎片的總沖量,將多種規格和材質的立方體放置在平地上,令其平面垂直于立方體與爆心的連線,將4～5個相同類型的立方體放在同一半徑的弧上,通過立方體初始和最終位置的總位移和徑向角度偏差來確定其沖量,但滾動擺的尺寸相對較大,導致其徑向分辨率較低。Reisler[3]統計了大量規格、尺寸和材料各不相同的立方體在爆炸作用下的拋擲距離,通過對數據的擬合建立冪律函數來預測裝藥的外層壓力,并確定了許多工況適用的立方體材質和規格。在Reisler 的工作上,Held[4-5]對其更近一步發展,在測量圓柱形炸藥周圍的脈沖分布時,將1 m長桿分成10個短桿,炸藥置于在4個1 m 分段桿的陣列中,4個長分段桿與裝藥軸線的徑向距離以及軸向距離各不相同,并且都正對裝藥,2個垂直于裝藥軸線,2個平行于裝藥軸線,如圖1所示。通過高速攝影的圖像和短桿的拋擲距離可以反映裝藥的沖擊波沖量。

這種將無約束或單約束金屬塊作為動量計的方法有很大潛力, Held之后也做了許多努力。Held[6-7]發現分段桿的不同排列方法會對測量結果有比較大的影響,將排列方式由線性排列改為兩個不同半徑的半圓形排列,如圖2所示,并令圓柱體更短以提高角度分辨率,將材質換成鋼減小圓柱體飛行距離,發現半圓排列比線性陣列精度更高,承壓效果更好。之后Held[8-9]對動量計的幾何形狀和材質改變對測量結果的影響進行了深入研究,將圓柱體和立方體進行試驗對比,發現立方體更易固定,并且能保證有一個垂直于撞擊碎片的平面,減小偏心的影響,而且立方體寬度能做的更小,使角分辨率更高。并分別用鋼和鋁制作動量塊,發現動量計的材質的選擇正確能使測試結果更加清晰且便于記錄。2004年,Held[10]通過試驗對方法的準確性進行了驗證,用動量法得到了在比例距離Z=0.5 m/kg1/3和0.75 m/kg1/3的距離處,成分或形狀不同的1 kg裝藥的動量。

為了提高數據的精度,研究人員嘗試通過改進對高速相機的使用方法來減小誤差。1991年,Held[11]通過高速攝像機拍攝炸藥周圍不同距離不同顏色的板的初始速度,再用公式來計算動量,研究結果驗證了關于圓形裝藥的沖擊波理論[12-13],但是數據與圓柱形裝藥的沖擊波理論的一致性很差。Held[14]通過雙閃光X射線曝光獲得動量計的圖像,再用動量計的位移和時間差來獲得動量計的動量,研究地雷對近距離目標施加的載荷。這種使用方法有很高的空間分辨率,具有良好的可再現性,可用于校準和驗證爆炸模型。2011年,濱島秀樹[15]將圓盤作為動量計,利用高速攝影獲得了圓盤的飛行速度,通過試驗和數值模擬2種方式獲得了炸藥到圓盤的間隙長度與炸藥驅動圓盤的飛行速度之間的關系。

這種動量計法的優點主要是測試原理簡單,測試結構易于設計且制作成本低廉;動量計抗沖擊能力強,不易損壞,可重復利用;角分辨率高,便于測量近場沖擊波陣面形狀。但缺點也不容忽視,一是動量計測量精度有限,容易受到近場外力的干擾,測量誤差較大;二是測量數據量受限較大,難以記錄待測量隨時間變化過程。

為了能提高近場測量精度,研究人員在動量計的基礎上進行改造,只關注單個動量計的移動,得到了一種新的近場沖擊參量測量方法,即脈沖塞法。

脈沖塞法是將施加在桿或塞上的入射爆炸壓力視為脈沖載荷,假定塞的等加速度是瞬時的,在塞的飛行軌跡上測量其速度,利用牛頓第二定律,應用測得的塞的速度和質量,確定施加在塞上的沖量。脈沖塞法的測量結構主要分為兩部分:一是塞的安裝結構,由塞體、安裝底板、固定裝置組成,底板上有和裝藥中心等高的圓柱形孔,孔的軸線穿過裝藥中心,確保爆炸沖擊波能在脈沖塞的爆炸面上正常反射;二是測量結構,主要包含高速攝像機、刻度底板、燈3個部分,令高速相機與塞處于同一水平面,保證圖像能準確地記錄塞的位移,整體結構如圖3所示,

圖3 脈沖塞法

20世紀50年代,Johnson[16]通過測量從剛性平板上的孔中射出的已知質量的圓柱形塞的速度,之后用相機記錄經過兩個已知相對距離的閃光單元的時間,再用牛頓第二定理得到了炸藥的沖量和比沖量。但是這種方法容易造成儀器損壞且精度難以保證。Drotleff等[17]在這種方法的基礎上進行了一定的優化,將測速裝置更改為2個光電二極管傳感器,通過塞子經過光電二極管傳感器時,電壓的信號下降來確定塞子的到達時間,將測量精度和穩定性提高了一個量級。

馬里蘭州阿伯丁試驗場的彈道研究實驗室(BRL)的Johnson[16]以及Huffington等[18]使用脈沖塞技術測量范圍在227～907 g的多種質量Pentolite炸藥的近場反射壓。Johnson[16]在127～965 mm的距離范圍內進行測試,對應于0.198～0.992 m/kg1/3的比例距離范圍。Huffington和Ewing[18]則更近一步,將比例距離拉近到0.060～0.198 m/kg1/3范圍內。Nansteel[19]通過C4球型裝藥近距離爆炸試驗研究脈沖塞法的測量精度和準確性,并與其他動量法的測試結果以及傳感器測試的近場數據進行對比,還借助數值仿真研究爆破響應對脈沖塞法測量的影響,研究結果表明,與傳感器相比,脈沖塞法的測試結果誤差更小,流固耦合的對測試的影響可以忽略不計,驗證了近場測試中脈沖塞法的可靠性。2020年,李臻[20]通過數值仿真的方法建立了脈沖塞的數值仿真模型,與Nansteel[19]的試驗數據有著良好的一致性。

脈沖塞法在測量近場單點時精確度好,準確度高,重復性強,數據可靠性高,在近場測試中有很好的應用前景。可惜的是單次試驗的數據量較少,一次試驗只能獲得一個數據,適合作為大規模試驗后的補充或者是小藥量試驗多次測量。

1.2 薄膜測試法

薄膜測試法[21-24]是基于壓力響應膜片在一定的壓力作用下會產生相應的形變,在相同的壓力作用下,膜片的大小、厚度、材質的不同都會改變膜片的形變量。通過將膜片進行一定的約束,選取敏感性合適的膜片,用爆炸后膜片的最大形變量作為衡量爆炸沖擊波超壓的特征參量,在小當量的情況下,還可以用膜片的中心位移量來計算爆炸沖擊波沖量。壓力作用在膜片上的簡化力學模型如圖4所示,直徑為d的壓力響應膜片在壓力載荷P作用下彎曲變形,其最大形變量為Wmax,建立起Wmax與沖擊波壓力( 或沖量) 的關系模型,可對沖擊波壓力( 或沖量) 進行定量評價[25]。

圖4 壓力響應膜片簡化力學模型示意圖

近年來,薄膜法在近場爆炸中的應用,引起了國外研究人員的重視。美國Woods Hole實驗室用銅膜片充當傳感器,通過膜片的形變程度來表現水下爆炸壓力的作用情況。Murata[26]和Chen[27]等研究了水下近距離爆炸下靶板的動態響應特性,分析了沖擊波和氣泡載荷在靶板的變形過程中起到的作用。以色列在640 kg高爆炸藥的爆炸試驗中將膜片作為靶板,依據靶板的變形程度來評估裝藥爆炸威力。

國內對薄膜測試法的研究起步較晚,但在近場測量應用方面也有了一定的成果。沈飛等[28]將1～3 mm的膜片制成效應靶,測量了TNT裝藥比例距離0.85～1.63 m/kg1/3處的塑性形變,推算得到的比沖量與根據經驗公式得到的比沖量平均相對偏差值達到了5.3%,膜片安裝結構如圖5所示。李麗萍[29]采用鋁合金膜片作為響應薄膜,通過立靶和平靶2種安裝方式測量了比例距離1.5～2.6 m/kg1/3的最大撓度,驗證了TNT爆炸效應靶最大撓度經驗模型的準確性。張顯丕等[30]通過直徑2 000 mm、板厚10 mm薄膜來研究裝藥水下近場爆炸威力,建立了靶板變形計算方法,初步設計了基于壓力響應膜片的裝藥近場威力評估試驗設計和試驗方法。

圖5 壓力響應膜片安裝結構

薄膜測試法依靠使用便利,成本低廉,敏感性高,寄生效應低等優勢在近場沖擊測試領域大規模測試中有著比較廣泛的應用,而且其能反映沖擊波綜合作用效果的特性在近場威力評估中有很好的效果;但薄膜本身的性質也決定了這種方法難以反映沖擊波的作用時間歷程,所以在實際使用時往往需要搭配其他的測試方法一起使用。

2 直接測量法

2.1 壓桿法

壓桿法測量的原理是將爆炸載荷作用在一根圓桿的一端,令其在桿內引發一個沿桿傳播的彈性應力(應變)脈沖波,在圓桿上對這個脈沖波進行測量,記錄其時間歷程,再根據脈沖波在圓桿中傳播的規律,就可以推斷出外加載荷的壓力時間關系。

通過細長的圓柱型桿來進行測量近場爆炸沖擊波壓力的方法的最早是由Hopkinson[31]在1914年提出的,他將壓力施加到一根懸掛的細長圓柱型鋼桿的一端,鋼桿受力后撞擊尾端有著相同直徑的短桿,使其飛出一定的距離,通過這段距離可以得到入射應力脈沖的動量。通過改變尾端桿的長度,可以得到沖擊波的峰值壓力以及正壓階段持續時間的信息。之后,Robertson[32]和Landoneta[33]在Hopkinson[31]的方法上進行改進。將桿尾端的短桿改為由桿尾端切出的小段,并用凡士林粘在尾端。則可由飛片的速度和質量計算得到動量,即飛片中應力在這段時間內的沖量,從而得到積分時間內的平均應力。

但是前2種方案都有一個共同的缺點就是不能給出壓力和時間之間的精確關系。Davies[34]在1948年解決了這個問題,采用平板電容、柱形電容和雙束陰極射線管示波器測量壓桿端面位移和桿側面的徑向位移(見圖6),再通過計算獲得壓力時程曲線,不但繪制出了壓力和時間之間的關系曲線,還對應力波沿桿傳播時所受的畸變進行了全面的分析,使壓桿測壓方法的精度有了很大提升。

Wenzel和Esparza[35]利用壓桿和應變片對炸藥近場壓力場進行了研究。測量了比例距離0.12～0.23 m/kg1/3的反射壓力峰值,與Brode[36]和Glass[37]對空氣中激波的研究中給定數據所計算的值反射壓力峰值基本一致。這種通過金屬應變片或者半導體應變片來測量桿表面軸向或環向應變,在計算得到承壓端面的沖擊波壓力波形的方法已經成為壓桿測量方法中的常用技術[38-40]。Dick等[41]成功利用粘貼應變片的壓桿測得爆炸近場的沖擊波壓力,峰值達到2.4 GPa。

近場爆炸測試時單個測點容易導致壓力脈沖的嚴重變形,因此,國外學者將多根桿組成陣列同時進行測量。Edwards和Thomas[42]采用應變式壓桿陣列測壓系統測量了炸藥爆炸近場的壓力時程曲線,發現在比例距離0.08 m/kg1/3,峰值反射壓力小于1 000 MPa時,鋼桿仍可以測得真實的壓力時程曲線,而且反射激波和接觸面的相互作用會引起二次波峰影響實驗結果。Clarke等[43],Rigby等[44]將壓桿組成陣列的方法成功測得淺埋炸藥爆炸載荷的時空間分布(見圖7),并設計了可應用于離散壓桿陣列的插值方法。Rigby等[44]采用Clarke等[43]類似的裝置研究近場爆炸產生的空氣沖擊波參數的時空分布。

圖7 壓桿陣列試驗儀器示意圖

在實際使用中,許多研究人員發現將壓桿與其他方法有機結合,能更好地發揮壓桿在近場測試中的優勢。 Resnyansky和Weckert[45]在前人的基礎上設計了一種較為簡單易行的壓桿測壓裝置,通過在壓桿前端增加保護裝置來精確測量爆炸近場的動量并在壓桿表面粘貼應變片來獲取壓力時間關系,裝置如圖8所示,對于借助小型氣槍試驗測試和數值仿真驗證裝置的可行性,研究結果說明試驗壓力計和壓桿得到的動量一致性很好。這種方法減小了壓桿測壓系統設計和難度且保護裝置的增加也在一定程度上提高了裝置近場測量時的生存性。美國陸軍研究實驗室[46]在這基礎上進行了進一步的發展,通過壓桿和積分器獲得炸藥近場的壓力時間曲線和總沖量,為了增加壓桿在近場的承壓能力同時保護壓桿,用鋼塞夾住壓桿前端,在桿和鋼塞之間充滿了油脂,并用鋼墊片覆蓋了前塞和桿面,并利用多種方法修正信號色散,成功得到了倍的裝藥直徑的可靠的近場沖擊波壓力時間曲線。2016年,南非開普敦大學的Cloete等[47]在彈道擺的中心安裝壓桿測量了近距離爆炸產生的總沖量和爆炸壓力時間曲線(見圖9)。盡管峰值壓力的細節由于較高的色散效應無法分辨,但壓桿還是獲得了可重復和一致的總沖量值,捕捉到了爆炸載荷的基本形狀。

圖8 裝置實物圖

圖9 彈道擺裝置

相對于國外在壓桿測壓系統設計、結構優化和校正方法分析等方面開展的工作,國內的研究顯得較為貧乏,最先開始研究壓桿壓力傳感器的是范良藻等[48],利用短壓桿和PVDF薄膜研制了上升時間為20 ns的傳感器,但是只能用于標定激波管中的階躍壓力信號,因為桿長度較短而不能進行正壓作用時間比較長的爆炸沖擊波測量。

21世紀初,西北核研究所對壓桿測壓系統的研究逐漸步入正軌。胡永樂等[49]和石培杰等[50]介紹了應變式壓桿壓力傳感器測量近場沖擊波爆炸載荷的原理及方法;王長利等[51]對于測試儀器系統的構成及工作原理進行了一個完整的梳理,并通過測量爆炸容器壁面所受載荷驗證了其結論。張德志等[52]通過理論計算和數值仿真,分析了壓桿測壓系統的頻響、可測量下限和有效測量時間,并以小比距離的爆炸沖擊波試驗進行了驗證。針對應變式壓桿在進行沖擊波的超壓測量時出現的動態響應不足的問題,鄒虹等[53]采用系統辨識建模和動態補償的方法,設計了一種動態補償濾波器,改善了壓桿測試系統的動態特性,使得頻帶更寬,響應時間更少。

由于近場爆炸實驗的難度和仿真技術的進步,通過數值仿真研究壓桿法也成為了一個重要的方向。宜晨虹等[54]用數值模擬的方法研究了壓桿的截面變化對測試結果的影響,分別模擬了在梯形脈沖和三角形脈沖加載下變截面壓桿的響應。2014年,宜晨虹等[55-56]模擬了在不同特征的脈沖下帶有表面劃痕的壓桿的測試結果。發現壓桿表面的劃痕對測試結果有很大的影響,而且脈沖上升前沿越小,對測試結果的峰值影響就越大。

傳統壓桿法的頻響上限不易突破的問題一直困擾著許多測試研究人員,我國研究人員為此找到了一個新的方向。楊軍等[57,58]將光子多普勒測速儀與壓桿相結合,采用滑動安裝結構消除探頭在應力波作用下產生的軸向速度,根據桿中彈性波多次反射的壓桿自由面速度曲線,提取起跳點,擬合得到了壓桿聲速。試驗結果表明:該系統頻響低于桿表面粘貼的應變片電測系統,測量下限優于應變片電測系統。2021年,楊軍[59]基于壓桿和光子多普勒測速技術研制了一套近距離沖擊波反射壓力測試系統(見圖10),采用加漢寧窗短時傅里葉變換的傳輸模式分析方法和局部相位-幅值聯合校正算法,將自由面速度信號轉換為承壓面平均應力,提高了系統頻響。

圖10 基于光子多普勒測速技術的壓桿測壓系統

壓桿測試法經過了一百多年的發展,測試理論已經非常成熟,其大量程,強抗干擾能力,不易損壞等特性,在爆炸近場沖擊波測試中也有著良好的表現。但其在使用時定制化的程度過高、在近場測量使用中需要額外設計保護系統、在外場使用較為不便等情況,使得其難以得到廣泛的應用。 目前國內因起步晚,研究少等原因,對壓桿法關注不足,但相信其在近場測試領域的優秀性能還是會令其得到更多重視。

2.2 壓電法

PVDF傳感器在壓電測量領域具有廣大的發展潛力和應用空間。 PVDF在極化后有著優異的壓電性能,其壓電系數為常數且不受加載速率影響[60];有著寬闊的測壓范圍,最大使用應力可達50 GPa[61],能20 GPa壓力作用以下仍保持一定的測試精度;靈敏度和頻響很高,響應時間可達到納秒級,是石英的60倍以上;在制成傳感器后還具有質量輕,機械柔韌性好,厚度薄等優點。

針對PVDF在高壓測試上的優良表現以及強大的適應性,國外研究人員在近場動壓測試領域的研究和應用領域做了大量工作。法國LAAS大學提出了一個PVDF動態壓力傳感器的模型和設計,可以在極端溫度條件下工作在GPa范圍內,且具有納秒級的動態響應能力,對電路模型和一些傳感器的關鍵問題,如封裝、電纜的影響和調理電子器件的作用,都進行了闡述,通過激波管實驗進行了驗證和校準[62]。法國 ISL 研究所和美國 Sandia 國家實驗通過 Bauer 極化法處理PVDF 薄膜制成傳感器,其可以在 25 GPa 以下的壓力測量范圍內都有著很好的重復性和可靠性。專門從事薄膜型高壓傳感器研究的美國 Dynasen 公司,對 PVDF 的研究表明,PVDF傳感器的測壓范圍可達到 30 GPa,但其在10～25 GPa的測量精度有一定問題,據推測可能是極化方式不同導致。PVDF 還可用于測量炸藥的爆轟壓力,試驗安排如圖11所示[63-64],將3 片PVDF置于銅板、炸藥樣品和 Kel-F板之間,通過氣炮驅動飛片高速撞擊銅板,產生沖擊應力波,之后銅板中高達 2.5 GPa的應力波傳播到火藥樣品中,引發火藥爆炸產生爆轟波。爆轟波壓力特征為在納秒級上升時間后到達壓力峰值,再形成持續一定時間的壓力平臺,最后逐步衰減,此為首次采用試驗實測的方式得到爆轟壓力剖面輪廓,且與 Neumann 的理論預測一致。

圖11 爆轟波PVDF測試裝置示意圖

池家春[65]等分別采用錳銅計、PVDF壓力計和電氣石傳感器對水下爆炸壓力進行了測量,得到了較寬范圍(距離炸藥球心距離相對距離1～400)爆炸沖擊波峰值壓力衰減變化規律。趙繼波[66]等采用PVDF壓力計對炸藥水下爆炸近場壓力進行了測試(峰值壓力為4 GPa),通過與高速掃描相機進行比較,驗證了壓力計用于水下近場爆炸壓力測量的可行性。賈曦雨[67]采用高速攝像機和PVDF薄膜傳感器同時測試水下近場爆炸沖擊波,試驗裝置如圖12所示,其中(a)為懸掛在水箱中的HE球體,(b)為聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜,即白色聚四氟乙烯(PTFE)帶上的橙色區域,(c)為用于定位和安裝的木制支架以及(d)為整個水箱系統的前視圖。其測量了裝藥半徑2～10倍距離的沖擊波壓力,驗證了高速攝像圖像數據、PVDF信號和數值計算結果的一致性,并以此為依據,提出了一個高精度的近場壓力兩項壓力峰值分布模型。

圖12 實驗裝置圖像

因難以克服爆炸近場諸多干擾因素,傳統的石英壓電傳感器在近場測試中表現不佳, 而PVDF憑借其廣闊的測壓范圍,優秀的穩定性和強大的適應性得到了近場測試研究人員的青睞。雖然目前對PVDF傳感器研究中仍有問題尚未解決,如PVDF制作方法的不同會令PVDF傳感器成品性能大相徑庭;PVDF傳感器在封裝和使用時的邊界條件以及所處溫度都會對其輸出造成很大的影響;在近場測試時諸多因素對PVDF傳感器的干擾等。但目前PVDF傳感器在近場測試上的實用性已經得到了試驗驗證,獲得了研究人員的認可。

3 結論與展望

爆炸近場的惡劣條件使得近場測量技術的發展舉步維艱,從收集的文獻中,發現目前近場測量研究面臨以下幾個問題:① 爆炸近場理論不夠完善,無法確定近場毀傷過程;② 近場測量環境惡劣,測量儀器難以生存;③ 炸藥近場爆炸過程中除氣體外,還有固相物質,傳統測量方法很難獲取到有效數據;④ 近場爆炸多種作用耦合,測量數據的真實性和有效性難以確認。由此對近場測量技術未來的發展趨勢進行的展望如下:

1) 增強儀器環境適應性。爆炸測量的特殊性和爆炸近場環境的嚴酷性使得儀器在測量之前不得不先考慮自身的生存性和環境適應性的問題。不能保證自身的生存能力意味著儀器難以獲得數據或試驗成本過于高昂,而環境適應性不足會導致測量數據干擾因素過多,難以得到有效數據。因此,想要獲取高精度、高準確度的數據促進近場爆炸研究,需要提高儀器的生存能力和環境適應性,如增加抗壓裝置,進行耐高溫處理、選用耐溫耐高壓材料等。

2) 改進測量方法。已知爆炸近場存在著多種介質作用,但目前近場測量方法都很難同時測得近場多種介質作用效果,這是因為不同介質作用形式不同,測量方法的測量范圍總有一定的局限。解決這個問題,當前比較好的思路是通過改進測試儀器或測量方法,將多種介質作用的測量都集中到同一種儀器上或者將多種介質作用解耦通過多種測量方法分別得到。最近研究人員通過高速攝像機和計算機算法結合來推算爆炸近場載荷,其結果已經比較接近近場測試數據。

3) 提升測量數據質量。爆炸近場的作用機理和爆炸模型沒有完善的理論支持,一方面是爆炸過程極其復雜多變導致研究難度大,另一方面,近場爆炸數據的數據量較少,誤差較大,也是理論難以完善的重要原因之一。小型實驗局限性較大而大型實驗往往耗費頗大,不可能做大量實驗,提升每次實驗的數據獲取量和準確度就變得至關重要。提升獲取數據的質量就是要減小測試環境對測量系統的干擾,增強系統的穩定性和可靠性。從收集的文獻資料來看,更換更適合的材料和添加電路來提升儀器本身的準確性和生存性、對測試數據采集方法上進行改進以及數據處理分析方法優化都是可行的方向。