水中爆炸多气泡相互作用及对典型目标的破坏机理研究

水中爆炸气泡在脉动过程中存在一些奇特现象：水中障碍物对爆炸气泡具有引射作用（吸附作用），多气泡在收缩过程中则会突然发生聚并效应，突然融合的能量将对目标产生聚能破坏效应。这些现象非常明显地影响着气泡的脉动周期和气泡能量向目标的传输过程。.本项目主要开展水中爆炸形成的宏气泡的动力学过程和对典型水下目标的破坏机理研究，涉及的研究内容包括：水中多药球爆炸形成的多气泡在产生、发展和运动过程中相互影响的因素和影响结果；水中爆炸气泡聚并效应产生的机理、能量输出结构及对水下典型结构的损伤效能等；水下障碍物的存在对气泡的脉动过程的影响以及爆炸气泡对结构物的能量耦合机理等。这些研究使我们更有目的、更有效地利用气泡的运动规律放大或减弱其对目标的破坏作用。

本项目重点研究了水中爆炸多气泡之间相互作用规律、宏气泡间的聚并过程和聚能效应以及爆炸气泡对水中典型结构物间的作用过程和机理，采用数值模拟和试验方法研究了爆炸气泡脉动压力波和聚能水流对典型简支梁结构、密闭水箱结构和圆柱结构作用时这些典型结构的响应特征。气泡动力学研究表明：水中多个爆炸宏气泡在气泡收缩过程中会突然发生聚并，气泡的突然融合、流场突然变化致使气泡能量将在某一局部方向进行释放和汇聚，聚合的能量将对目标产生聚能破坏效应；水中爆炸多气泡融合过程增大了气泡的脉动周期、增加了一次气泡向周围环境传递能量的时间，相当于提高了炸药向周围辐射的能量；等质量双药包爆炸产生的宏气泡在经历一个膨胀和收缩的脉动周期后、在气泡收缩到接近最小时由于界面失稳而瞬间破裂，此时气泡能向外辐射形成二次压力波，由于气泡的破碎增大了气泡与周围介质的接触面积，提高了气泡能向周围介质传递能量的比例，相当于气泡能的集中释放，相应地增强了二次压力波的峰值；多药包分布爆炸产生的气泡存在融合效应，将增大药包连线方向上气泡轴向尺寸，在气泡收缩时也将大大提局部高水射流速度，增加了水射流对目标的冲击压力，相应地增强气泡的“鞭笞”损伤效应。水中爆炸对典型结构的破坏效应及机理研究表明：典型结构目标对水中爆炸冲击波和爆炸气泡的脉动压力的激励产生的结构响应特征是不同的，爆炸冲击波可激起结构的低频到高频多个振型特征的振动，而气泡二次脉动压力波由于上升过程较缓，可以造成结构产生受迫振动或激起结构发生低频谐振；爆炸气泡的脉动压力对不同结构的作用效能存在较大差异，气泡的脉动压力对于平板或仓型结构的损伤有显著作用，而对于杆状结构的破坏效应不明显；水中双药球爆炸在对称面上冲击波压力将显著增强，加上气泡能的集中释放，其对结构物的损伤效能将比等质量单药球爆炸的损伤效能有显著提高。