小当量炸药深水爆炸气泡脉动模拟实验
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较少 。钟 帅 ］ 、 孙跃 光 。 。 开展 了水下 爆 破方 面 的 研究 工 作 ， 研 究表 明可 以通过 增 加 水 面大 气 压 强 的方
法提 高水 中静 水压 ， 达 到模拟 深水 环境 的 目的 ， 在 洪 江波等 口 的研究 工作 中也 可 以得 到证 实 。 目前 ， 国
容器 中开展小 当量 炸药 的水 下爆 炸实验 研究 是可 行 的 。
在深 水爆 炸研 究 中 ， 国内 已开展 了使用 ＡＵＴＯ ＤＹＮ、 Ｄ ＹＴＲ ＡＮ、 ＡＢ ＡＱＵＳ等商 业 软件或 采用 自编 程序 进行 深水 爆炸 载荷 演变及 其 与各类 结 构相互 作用 的数 值模 拟研 究 剐， 而在 深水爆 炸模 拟实 验 方 面
泡 脉动 规律 ， 结果 表 明 ： 爆 炸气泡 脉动 周期 与模 拟水 深之 间呈 现 出衰减 趋势 ， 并 拟 合 出相 关 衰减 系数 。
１ 气 泡 脉 动 量 纲 一 分 析
为简化 力学 方程组 ， 得 到影 响气 泡脉 动 的关 键 因素 。忽 略热传 导 和粘滞 性等 因素 的影 响 ， 将 水介 质 简 化 为理想 不可 压缩 流体 。假设 气泡 以球 形运 动 ， 设 气 泡半径 为 ｎ， 中心上 浮速 度为 “ ， “ 流 体静力 ” 深 度 （ 实际 水深加 １ ０ ｍ） 为 ， 水 密度 为 ｐ ｏ ， 冲击 波传播 至水 中后 爆轰 产 物 的总 能 为 ｙ， 对 应 的内能 为 Ｅ（ ａ ） 。
第３ ５ 卷
第 ３期
爆
炸
与
冲
击
Ｖ ｏ１ ．３ ５， Ｎ ｏ． ３
Ｍａ ｙ， ２ ０１ ５
２ ０ １ ５年 ５月
ＥＸ ＰＬ０ ＳＩ Ｏ Ｎ Ａ Ｎ Ｄ ＳＨ ０ＣＫ Ｗ Ａ Ｖ ＥＳ
小 当量 炸 药 深 水爆 炸气 泡 脉 动模 拟 实验
马 坤， 初 哲， 王可慧， 李志康 ， 周 刚
＊
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ — １ ０ — １ ７；修 回 日期 ：２ ０ １ ４ — ０ ２ — ２ ８
等Ⅲ 在 ２ ｍ×２ ｍ×２ ｍ 的实验 水箱 内壁 贴 ２ ０ ｍｍ 厚 的 吸能 材 料 ， 实验 得 到 的气 泡 脉 动周 期 结 果 与近
似无 限水 域 中 的实 验结 果基本 一致 ， ４ ． ５ ｇ药量最 大误 差 为 ４ ． ８ 。以上研 究结果 表 明 ， 在实 验 室水 箱 ／
内关 于 模 拟 深 水 下 炸 药 爆 炸 气 泡 脉 动 规 律 的 实 验 研 究 鲜 有 报 道 。本 文 中 在 可 模 拟 深 水 环 境 的 实 验 平 台
上 较为 系统地 开 展小 当量深 水爆 炸模 拟实 验 ， 验 证小 当量 深水 爆炸模 拟 实验 的等 效性 ， 研究 深水 爆炸 气
拟 水 深 的关 系 。实 验 结 果 表 明 ： 容 器 壁 面 反 射 效 应 对 气 泡 脉 动 过 程 的影 响 可 以忽 略 不 计 ， 模 拟 实 验 可 等 效 为
自由场 实 验 ； 深 水 爆 炸 气 泡 脉 动 周 期 及 最 大 半 径 随 流 体 静 力 深 度 增 加 的衰 减 系数 分 别 为 一０ ． ８ ３和 一０ ． ３ ６ ４ 。
在实 验室 水箱或 容器 中开 展水 下爆 炸实 验具 有经 济性 和方便 性 ， 然而水 下爆 炸 冲击 波在水 箱／ 容器
的壁 面反 射后 会对整 个 流场产 生持 续 的影 响 ， 使实 验结 果不 能真 实 的反 映无 限水域 中气 泡 的运 动 特性 。 王建 灵等口 在有 限水 域进 行水 下爆 炸实 验研究 过 程 中 ， 利 用气 泡 脉动 周 期 和 实验 药 量 的线 性 关 系判 断 水域 边界 对气 泡脉 动 过 程 的影 响 ， 对 有 边 界水 域 水 下爆 炸实 验 中药 量 上 限 的界 定 提 供 了参 考 。汪 斌
荷 的 特性进 行 了细致 的研 究 ， 给 出了各类 炸药 深水 爆 炸 冲击 波压 力 、 气 泡脉 动 压力 的特 征参 数 与 水 深 、
比距离 等参 数 的关系 ， 数据 详实 ， 具有 重要 的参 考 意 义 。Ｒ ． Ｈ． Ｃ ｏ ｌ ｅ ［ ２ 著 作 中包 含 了 深水 爆 炸 实 验研 究 工作 ， 给 出了 ２ ６ ０ ｍ 深 度 内的气 泡脉 动 周期 与 水 深关 系 的实 验结 果 。这些 实 验 均 在海 上 试 验 场 完 成 ， 需 要 具备 实验 场地 、 配套设 备 和实验 经费 等较 多苛 刻条 件 。
（ 西 北 核 技 术 研 究 所 ，陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ２ ４ ）
摘 要 ：为 在 实 验 室 内 开 展 深 水 爆 炸 气 泡 脉 动 规 律 研 究 ， 通 过 增 加 水 面 大 气 压 强 来 模 拟 水 中静 水 压 的 方
法， 建 立 可模 拟 深 水 环 境 的 爆 炸 容 器 。 开 展 不 同 模 拟 水 深 条 件 下 的 ３种过 程 图像 ， 验 证 小 当 量 深 水 爆 炸 模 拟 实 验 与 自 由场 实 验 的 等 效 性 ， 分 析 气 泡 脉 动 周 期 与 最 大 半 径 同 模
关 键 词 ：爆 炸 力 学 ； 气泡脉动周期 ； 衰减系数 ； 水下爆炸 ； 深 水 模 拟 中 图分 类 号 ： ０３ ８ ３ ． １ 国标 学 科 代 码 ：１ ３ ０ ３ ５ ２ ０ 文 献 标 志 码 ：Ａ
潜 艇一 般活 动在 高静 水压 的深海 中 ， 而水下 爆 炸载 荷 （ 冲 击波 载 荷及 气 泡 脉动 载 荷 ） 在 深 水条 件 下 将 产生 一定 的变 化 。国外 开展 深水爆 炸 相关研 究较 早 ， Ｊ ． Ｐ ． Ｓ ｌ ｉ ｆ ｋ ｏ ＿ １ 通 过大 量 的海上 实验 对深水 爆 炸载
法提 高水 中静 水压 ， 达 到模拟 深水 环境 的 目的 ， 在 洪 江波等 口 的研究 工作 中也 可 以得 到证 实 。 目前 ， 国
容器 中开展小 当量 炸药 的水 下爆 炸实验 研究 是可 行 的 。
在深 水爆 炸研 究 中 ， 国内 已开展 了使用 ＡＵＴＯ ＤＹＮ、 Ｄ ＹＴＲ ＡＮ、 ＡＢ ＡＱＵＳ等商 业 软件或 采用 自编 程序 进行 深水 爆炸 载荷 演变及 其 与各类 结 构相互 作用 的数 值模 拟研 究 剐， 而在 深水爆 炸模 拟实 验 方 面
泡 脉动 规律 ， 结果 表 明 ： 爆 炸气泡 脉动 周期 与模 拟水 深之 间呈 现 出衰减 趋势 ， 并 拟 合 出相 关 衰减 系数 。
１ 气 泡 脉 动 量 纲 一 分 析
为简化 力学 方程组 ， 得 到影 响气 泡脉 动 的关 键 因素 。忽 略热传 导 和粘滞 性等 因素 的影 响 ， 将 水介 质 简 化 为理想 不可 压缩 流体 。假设 气泡 以球 形运 动 ， 设 气 泡半径 为 ｎ， 中心上 浮速 度为 “ ， “ 流 体静力 ” 深 度 （ 实际 水深加 １ ０ ｍ） 为 ， 水 密度 为 ｐ ｏ ， 冲击 波传播 至水 中后 爆轰 产 物 的总 能 为 ｙ， 对 应 的内能 为 Ｅ（ ａ ） 。
第３ ５ 卷
第 ３期
爆
炸
与
冲
击
Ｖ ｏ１ ．３ ５， Ｎ ｏ． ３
Ｍａ ｙ， ２ ０１ ５
２ ０ １ ５年 ５月
ＥＸ ＰＬ０ ＳＩ Ｏ Ｎ Ａ Ｎ Ｄ ＳＨ ０ＣＫ Ｗ Ａ Ｖ ＥＳ
小 当量 炸 药 深 水爆 炸气 泡 脉 动模 拟 实验
马 坤， 初 哲， 王可慧， 李志康 ， 周 刚
＊
收稿 日期 ：２ ０ １ ３ — １ ０ — １ ７；修 回 日期 ：２ ０ １ ４ — ０ ２ — ２ ８
等Ⅲ 在 ２ ｍ×２ ｍ×２ ｍ 的实验 水箱 内壁 贴 ２ ０ ｍｍ 厚 的 吸能 材 料 ， 实验 得 到 的气 泡 脉 动周 期 结 果 与近
似无 限水 域 中 的实 验结 果基本 一致 ， ４ ． ５ ｇ药量最 大误 差 为 ４ ． ８ 。以上研 究结果 表 明 ， 在实 验 室水 箱 ／
内关 于 模 拟 深 水 下 炸 药 爆 炸 气 泡 脉 动 规 律 的 实 验 研 究 鲜 有 报 道 。本 文 中 在 可 模 拟 深 水 环 境 的 实 验 平 台
上 较为 系统地 开 展小 当量深 水爆 炸模 拟实 验 ， 验 证小 当量 深水 爆炸模 拟 实验 的等 效性 ， 研究 深水 爆炸 气
拟 水 深 的关 系 。实 验 结 果 表 明 ： 容 器 壁 面 反 射 效 应 对 气 泡 脉 动 过 程 的影 响 可 以忽 略 不 计 ， 模 拟 实 验 可 等 效 为
自由场 实 验 ； 深 水 爆 炸 气 泡 脉 动 周 期 及 最 大 半 径 随 流 体 静 力 深 度 增 加 的衰 减 系数 分 别 为 一０ ． ８ ３和 一０ ． ３ ６ ４ 。
在实 验室 水箱或 容器 中开 展水 下爆 炸实 验具 有经 济性 和方便 性 ， 然而水 下爆 炸 冲击 波在水 箱／ 容器
的壁 面反 射后 会对整 个 流场产 生持 续 的影 响 ， 使实 验结 果不 能真 实 的反 映无 限水域 中气 泡 的运 动 特性 。 王建 灵等口 在有 限水 域进 行水 下爆 炸实 验研究 过 程 中 ， 利 用气 泡 脉动 周 期 和 实验 药 量 的线 性 关 系判 断 水域 边界 对气 泡脉 动 过 程 的影 响 ， 对 有 边 界水 域 水 下爆 炸实 验 中药 量 上 限 的界 定 提 供 了参 考 。汪 斌
荷 的 特性进 行 了细致 的研 究 ， 给 出了各类 炸药 深水 爆 炸 冲击 波压 力 、 气 泡脉 动 压力 的特 征参 数 与 水 深 、
比距离 等参 数 的关系 ， 数据 详实 ， 具有 重要 的参 考 意 义 。Ｒ ． Ｈ． Ｃ ｏ ｌ ｅ ［ ２ 著 作 中包 含 了 深水 爆 炸 实 验研 究 工作 ， 给 出了 ２ ６ ０ ｍ 深 度 内的气 泡脉 动 周期 与 水 深关 系 的实 验结 果 。这些 实 验 均 在海 上 试 验 场 完 成 ， 需 要 具备 实验 场地 、 配套设 备 和实验 经费 等较 多苛 刻条 件 。
（ 西 北 核 技 术 研 究 所 ，陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ２ ４ ）
摘 要 ：为 在 实 验 室 内 开 展 深 水 爆 炸 气 泡 脉 动 规 律 研 究 ， 通 过 增 加 水 面 大 气 压 强 来 模 拟 水 中静 水 压 的 方
法， 建 立 可模 拟 深 水 环 境 的 爆 炸 容 器 。 开 展 不 同 模 拟 水 深 条 件 下 的 ３种过 程 图像 ， 验 证 小 当 量 深 水 爆 炸 模 拟 实 验 与 自 由场 实 验 的 等 效 性 ， 分 析 气 泡 脉 动 周 期 与 最 大 半 径 同 模
关 键 词 ：爆 炸 力 学 ； 气泡脉动周期 ； 衰减系数 ； 水下爆炸 ； 深 水 模 拟 中 图分 类 号 ： ０３ ８ ３ ． １ 国标 学 科 代 码 ：１ ３ ０ ３ ５ ２ ０ 文 献 标 志 码 ：Ａ
潜 艇一 般活 动在 高静 水压 的深海 中 ， 而水下 爆 炸载 荷 （ 冲 击波 载 荷及 气 泡 脉动 载 荷 ） 在 深 水条 件 下 将 产生 一定 的变 化 。国外 开展 深水爆 炸 相关研 究较 早 ， Ｊ ． Ｐ ． Ｓ ｌ ｉ ｆ ｋ ｏ ＿ １ 通 过大 量 的海上 实验 对深水 爆 炸载