多次空化效应下的近场水下爆炸冲击波传播和气泡演化特性

【作者】 刘亮涛； 张轶凡； 王金相；

【机构】 南京理工大学瞬态物理全国重点实验室；

【摘要】 针对近场水下爆炸多次空化生成机理、以及多次空效应下冲击波载荷传播特性和气泡运动特性不清等问题,本研究计及流体的可压缩性和空化效应,通过有限体积法和流体体积函数法建立了水下爆炸载荷与弹塑性结构相互作用的多相耦合计算模型。首先,基于多相耦合计算模型,研究了弹塑性结构表面多次空化与爆炸冲击波载荷和气泡运动的耦合特性,分析了不同结构阻抗、结构厚度、装药距离、装药质量等因素对多次空化生成、冲击波载荷传播和气泡运动的影响规律。然后,在爆炸水箱建立了近场水下爆炸载荷诱导低阻抗材料生成空化的试验方法,开展了装药距离、结构阻抗等不同参数下的背空板表面多次空化试验,分析了多次空化的生成过程,并对多相耦合计算模型的有效性进行了验证。研究结果表明:随着结构阻抗的降低,结构表面产生多次空化的频率增加,作用在结构表面的冲击波载荷被反射稀疏波明显削弱,气泡水射流对结构的砰击强度也逐渐降低;在结构表面增加一层低阻抗材料有助于提高结构的抗爆抗冲击性能。本研究成果为揭示舰船结构近场水下爆炸复杂载荷背后的力学机理提供了理论和技术支撑。更多还原