1.1研究背景

MATLAB^[1]是矩阵实验室(Matix laboratory)的简称，是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。本课题利用MATLAB软件平台编写数据处理软件，进行激波管试验后的数据处理，同时对数据处理软件进行优化。

激波是扰动传播的一种形式。和通常形式的波一样，激波可以通过固、液或气体介质传输能量，甚至在缺少介质的情况下可以通过场来传播。而激波管^[2]是进行燃烧相关机理研究的重要手段。激波管能够产生激波，并利用该超声速的压力波模拟所需的试验工况，在很多物理和化学的基础研究中（如燃烧、爆炸和非定常波运动等）有着广泛的应用。在20世纪50至60年代，大量的激波管工作集中于高温气体的化学物理性质研究，如Clouston（1956年）等人在激波管中研究高温气体的吸收和发射光谱。燃烧和激波既是自然界常见的纯自然现象，同时也是人类经常制造的人为现象。随着试验技术的不断发展，开始在激波管内进行燃烧机理试验。由于对试验区气体的加热时间远远小于一般碳氢燃料的着火延迟时间，能够瞬间使试验区气体达到指定的温度和压力，因此可以采用激波管测量碳氢燃料的着火延迟时间。近年来，随着激波管测量和其他配套技术的日渐成熟，其着火延迟时间的测量精度越来越高，测量结果也愈发可靠^[3]。通过激波管测量获得的着火延迟时间数据，可以为不同燃料的化学动力学机理研究及其燃烧模型的建立、简化提供强有力的基础数据支撑，使得激波管成为了研究燃料着火特性及其化学动力学的理想试验工具。

激波速度和着火延迟时间的获取需通过试验所得到的压力信号数据和光信号数据处理得到。因此，基于MATLAB平台编写数据处理软件，软件根据压力信号数据计算得到激波速度，根据压力信号数据和光信号数据计算得到着火延迟时间。

1.2国内外的研究现状

为了迅速改变我国科技事业的落后面貌，尽快赶上现代科学技术日新月异的步伐，放在力学研究工作者面前，是如何多快好省的发展研究用的试验装置，促进该领域的基础理论的研究，激波管试验装置是能起到这方面的作用。

虽然激波管早在1899年就被法国的化学家Paul Vielle^[4]用于研究火焰波和爆炸播的传播速度。但激波管真正成为一个研究工具还是在1940年以后的事。第二次世界大战后，激波管得到了迅速的发展。自1950年开始，激波管已被发展成为很多用途的试验工具之一。它已经被广泛用于研究空气动力学、化学动力学、爆炸力学、化学流体力学、光谱学等等。Paul Vielle首先发展了实用无烟推进剂，与此研究工作结合，他首先成功地用激波管进行试验。此后，澳大利亚工程师Kobes^[5]对激波管流首先进行了分析。而激波管的方程（激波强度相对于破膜压力比的关系）是在1932年由德国的Schardin^[6]首先公式化。自1942年开始，Bleakney^[7]在美国的Princeton大学从事激波管发展和理论研究工作，首先用激波管对压力传感器进行动态标定，以后可对压缩流和高温气体现象进行研究。Bleakney在他的第一篇文章中，首次提出了激波管“Shock Tube”的名字，激波管理论在早期是由英国、德国和美国各自独立发展了将近10年左右。随着实验技术的不断发展，开始在激波管内进行燃烧机理试验，主要关注了着火的两个基本特征，即着火延迟时间和化学反应速率系数的验证与测量。这方面早期的研究工作有Lifshitz^[8]、Grillo、Borisov^[9]、Cheng和Oppenheim^[10]等人的工作，这方面工作也是目前激波管应用研究非常重要的内容。通过激波管测定着火延迟时间并拟合成经验公式，这部分工作对于燃烧机理的验证和发展起到了十分重要的作用。现如今，激波管可被用于研究燃料自点火特性研究，它通过激波瞬间将反应物压缩加热到指定温度和压力，方便在各种条件下对燃料的着火延迟时间测量。目前，国外的激波管研究已经达到了一个相当高的水平，而激波管本身的设计和测试技术已经基本解决。

激波管现在主要被用于研究燃料的着火特性，通过数据采集系统通过采集管体内的压力信号与光信号来确定入射激波速度^[11]与燃料的着火延迟时间。入射激波速度由位于低压段末端侧壁上的四个PCB压力传感器^[12]通过记录管体内压力阶跃时刻来计算得到。低压段端盖处分别安装有Kislter压力传感器与光信号探头^[13]，其中Kislter压力传感器用于标定反射激波到达时刻，光信号探头用于标定着火时刻。着火延迟时间^[14-16]由反射激波到达点与燃料着火点所确定。激波速度和着火延迟时间由MATLAB软件处理计算得到。着火延迟时间的确定可以分两大类确定：

（1）由压力信号确定:分为端壁压力信号和侧壁压力信号。

（2）由压力信号和光信号确定:

①由端壁反射激波到达时刻和端壁斜率最大点处切线与其基线的交点确定；②由端壁反射激波到达时刻和端壁光信号峰值确定；③由侧壁反射激波到达时刻和侧壁光信号斜率最大点处切线与其基线的交点确定；④由侧壁反射激波到达时刻和侧壁光信号峰值确定；⑤由端壁反射激波到达时刻和侧壁光信号峰值点确定。