水下爆炸气泡二次脉动及物面载荷特性实验研究

作     者：卞小蝶 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾海昌;刘江

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082601[工学-武器系统与运用工程] 0826[工学-兵器科学与技术] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：水下爆炸 气泡二次脉动 物面载荷特性 电火花气泡 实验 

摘      要：随着精确制导技术的快速发展,舰艇受到中近场水下爆炸攻击的概率越来越大,中近场爆炸中气泡载荷是造成舰艇毁伤的主要因素之一。在气泡脉动阶段,气泡会发生多次脉动,并在每一次脉动周期内均会释放一定的能量。在气泡第一次脉动周期内,释放能量较多,第二次脉动周期内释放能量较低。但是由于气泡动力学行为的转变,气泡二次坍塌载荷也能够对舰艇结构带来进一步的、不可忽略的毁伤。为探究中近场水下爆炸气泡二次脉动周期内的气泡运动演化行为及物面载荷特性,本文采用电火花气泡实验技术对其进行研究。首先,对刚性水平壁面附近气泡二次脉动及物面载荷特性进行实验研究。通过对气泡运动图像及中心壁压载荷曲线进行联合分析,归纳总结了气泡运动形态随距离参数的变化规律。分析处理测量得到的中心壁压载荷曲线,得到了第二次脉动气泡载荷随距离参数变化规律。对比第一次、第二次脉动气泡载荷峰值,得出第二次脉动气泡载荷峰值大于第一次脉动气泡载荷峰值距离范围,并对这种情况出现的原因进行了分析。其次,采用电火花气泡实验对不同曲率球面边界附近气泡二次脉动及物面载荷特性进行研究。通过对一系列实验结果分析,总结了距离参数及曲率参数对气泡运动形态及气泡载荷的影响。对水平壁面和球面边界气泡载荷特性进行对比分析,探究边界形状对气泡载荷峰值的影响规律。对比了水平壁面与球面边界第一次、第二次脉动气泡载荷峰值,结果表明相较于球面边界水平壁面下第二次脉动气泡载荷亦是十分重要的。最后,对圆柱边界附近气泡二次脉动及物面载荷特性进行实验研究。对典型工况下气泡运动图像及载荷曲线进行联合分析,研究了不同距离参数下气泡脉动特性。通过对中心壁压载荷曲线进行分析处理,研究了气泡载荷随距离参数的变化规律。对水平壁面和圆柱边界气泡载荷特性进行对比分析,探究边界形状对气泡载荷峰值的影响规律。对比了水平壁面与圆柱边界第一次、第二次脉动气泡载荷峰值,结果表明水平壁面下第二次脉动气泡载荷更加不容忽视。