水下爆炸冲击波和气泡行为自由面效应的实验研究

O382.1; 为研究自由面对水下爆炸冲击波、气泡行为和由气泡与自由面强耦合作用形成水幕的影响,设计了小当量PETN球形装药近水面水下爆炸实验系统,开展了 5 种典型工况水下爆炸实验,采用高速相机和压力传感器分别获取了气泡和水幕形态演变过程、水中测点压力时间历程.根据冲击波、气泡时序特征分别分析了其自由面效应,冲击波主要变现为截断效应,气泡与自由面相互作用表现为复杂的气泡形态演化和水幕生成及演化,通过高速图像结合压力时间历程分析,进一步从气泡水平半径、中心偏移位移和水幕最大高度定量分析气泡自由面效应.结果表明:随着爆深的减小,水面反射波程差减小,自由面对冲击波的截断效应增强,即冲击波正压作用时...

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Published in爆炸与冲击 Vol. 44; no. 8; pp. 147 - 158
Main Authors 方厚林, 卢强, 郭权势, 李国亮, 刘存旭, 陶思昊, 张德志
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 西北核技术研究所,陕西 西安 710024 01.08.2024
Subjects
shock wave
气泡行为
bubble behavior
自由面效应
冲击波
水下爆炸
underwater explosion
free surface effect
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ISSN1001-1455
DOI10.11883/bzycj-2024-0003

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Summary:O382.1; 为研究自由面对水下爆炸冲击波、气泡行为和由气泡与自由面强耦合作用形成水幕的影响,设计了小当量PETN球形装药近水面水下爆炸实验系统,开展了 5 种典型工况水下爆炸实验,采用高速相机和压力传感器分别获取了气泡和水幕形态演变过程、水中测点压力时间历程.根据冲击波、气泡时序特征分别分析了其自由面效应,冲击波主要变现为截断效应,气泡与自由面相互作用表现为复杂的气泡形态演化和水幕生成及演化,通过高速图像结合压力时间历程分析,进一步从气泡水平半径、中心偏移位移和水幕最大高度定量分析气泡自由面效应.结果表明:随着爆深的减小,水面反射波程差减小,自由面对冲击波的截断效应增强,即冲击波正压作用时间减小,实测截断时间差与计算时间差的最大偏差为 6.81%;随着比例爆深减小,自由面效应加剧,气泡和水幕形态趋于复杂化;气泡由球形演变为卵形以及更加复杂的形态,水幕由单一的水冢,逐渐转变为水冢-顶端飞溅水柱、水冢-垂直喷射水柱-水射流等复杂形态;气泡水平半径从第 2 个脉动周期不再保持脉动特征过渡到第 1 个脉动周期,甚至到第 1 次气泡膨胀阶段;气泡水平半径中心偏移位移呈现出两段式变化规律,在前期偏移位移快速增加阶段(偏移位移范围 0～20 mm),4 种比例爆深偏移位移呈现出近似线性变化规律,线性系数相近.
ISSN:1001-1455
DOI:10.11883/bzycj-2024-0003