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振动与冲击 2022年第20期41卷 28-36页

作者：马春龙史冬岩何东泽王孟楠崔雄伟姜宇哈尔滨工程大学机电工程学院哈尔滨150056 哈尔滨职业技术学院哈尔滨150076 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150056

电火花气泡是研究水下爆炸气泡的一种常用手段。高压电放电、起爆瞬间会产生极强的电干扰性。所以在使用压电型压力传感器测量极近场电火花气泡脉动载荷时,测得的“压力–时间”曲线有时会出现“零飘”、“紊乱”、“失真”等现象。目前... 详细信息

电火花气泡是研究水下爆炸气泡的一种常用手段。高压电放电、起爆瞬间会产生极强的电干扰性。所以在使用压电型压力传感器测量极近场电火花气泡脉动载荷时,测得的“压力–时间”曲线有时会出现“零飘”、“紊乱”、“失真”等现象。目前,极近场条件下对电火花气泡脉动载荷特性的研究较少。霍普金森杆基于应力波传递原理,利用其上的半导体应变片将应变信号转化为压力信号,能很好地解决电干扰的问题。该研究利用受国内外认可的CY-YD-205系列传感器在相同工况下验证了霍普金森杆对极近场电火花气泡脉动载荷的测量效果。同时,该研究采用400 V高压电放电形成的电火花气泡研究了半球边界条件下电火花气泡脉动载荷特性。从试验结果可知,该研究提出的试验系统可以成功地测量电火花气泡脉动载荷,包括极近场情况。研究结果可为复杂边界条件下近场水下爆炸气泡脉动载荷提供新的有效测量方法。

关键词：电火花气泡气泡脉动载荷霍普金森杆压力传感器

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爆炸气泡与舰船相互作用的相似性方法研究

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中国造船 2012年第2期53卷 30-38页

作者：王诗平朱枫吴超张阿漫哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 中船重工集团公司第702研究所无锡214082

在相似方法的基础上,基于修正的Rayleigh模型,描述水下电火花放电气泡(小尺度气泡)与真实的水下爆炸气泡(大尺度气泡)之间的相似关系。总结不同工况下不同尺度气泡运动及其载荷的相似规律,包括气泡半径的变化、迁移量以及射流速度等特... 详细信息

在相似方法的基础上,基于修正的Rayleigh模型,描述水下电火花放电气泡(小尺度气泡)与真实的水下爆炸气泡(大尺度气泡)之间的相似关系。总结不同工况下不同尺度气泡运动及其载荷的相似规律,包括气泡半径的变化、迁移量以及射流速度等特征量。在此基础上,将水中气泡与复杂的舰船边界耦合,研究舰船附近气泡的动态特征。研究表明,基于相似性理论可有效地用电火花气泡模拟水下爆炸气泡,可将机理性试验的结果拓展到应用研究中。

关键词：水下爆炸电火花气泡相似性缩比试验

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水下爆炸气泡二次脉动及物面载荷特性实验研究

水下爆炸气泡二次脉动及物面载荷特性实验研究

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作者：卞小蝶哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

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,... 详细信息

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。

关键词：水下爆炸气泡二次脉动物面载荷特性电火花气泡实验

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舷侧及不同特征边界条件下水下气泡动态特性试验研究

舷侧及不同特征边界条件下水下气泡动态特性试验研究

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作者：吴超哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

为了从机理上探索水下爆炸气泡与舰船舷侧、不同特征边界的相互作用，本文基于模型试验的研究方法，利用可调式低电压气泡发生装置生成电火花气泡，对舷侧舭部附近和几种不同特征边界条件下的水下爆炸气泡动态特性进行了一系列研究，总... 详细信息

为了从机理上探索水下爆炸气泡与舰船舷侧、不同特征边界的相互作用，本文基于模型试验的研究方法，利用可调式低电压气泡发生装置生成电火花气泡，对舷侧舭部附近和几种不同特征边界条件下的水下爆炸气泡动态特性进行了一系列研究，总结了不同边界因素作用下气泡脉动及射流变化的成因及规律，旨在为相关研究及工程问题提供参考。根据不同船型的舭部形状及其他工程实际情况，提出试验简化原则及模型制作方法;制定试验方案，利用可调性的低压气泡发生装置及配套设备记录和观测气泡在以上边界条件下的动力学过程。试验效果证明，试验有良好的适应性、实用性和普适性，具有一定参考价值。无自由液面影响下，引入无量纲比值，讨论了圆舭型舷侧附近不同爆距和不同舭部半径对气泡收缩形态和脉动周期影响，通过周期与射流速度的统计和对比，找到了脉动周期和射流速度随着γ的走势的对称规律;对于折角型舷侧，比较不同折角角度和爆距对于气泡坍塌形态和脉动周期的影响规律，发现其附近气泡首次脉动周期有随折角角度增加而波动递减的趋势。考虑自由液面的影响，初探不同水深下舷侧附近气泡同自由面互相耦合过程及其中原因;考察同一当量爆轰气泡在相同水深不同爆距下受到舷侧结构的影响效果;并结合不同水深影响，讨论气泡在舷侧不同攻角位置的坍塌过程;最后，针对以上研究中出现的“收缩破碎”和“两向射流”现象进行参数取样，总结主要影响参数的分布规律并拟合边界函数，对比分析“两向射流”对气泡脉动周期的影响，发现β=1.0和α=0.5的条件下利于“两向射流”现象的形成，“两向射流”使得气泡平均脉动周期延长30%~50%。考察船底浅水效应研究、舷侧双气泡耦合效应研究、圆形破口附近气泡动态特性研究以及筒形结构内气泡脉动特性。改变上下壁面距离，揭示船底效应下气泡撕裂、回缩坍塌、相背射流和连通坍塌四种坍塌机制形成过程;通过改变气泡间距和两气泡同舷侧结构的相对位置的变化，研究舷侧两个同相气泡相互融合和相背射流过程;通过变换破口尺寸和气泡爆点同破口间距，讨论船体舷侧出现破口对于水下爆炸气泡的动态作用;通过对不同尺寸和不同形状筒形结构内气泡的脉动过程研究，揭示筒形结构的Bjerknes效应对于气泡脉动形态的影响效果。

关键词：试验舷侧舭部不同特征边界电火花气泡动态特性

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舰船球鼻艏结构抗冲击性能研究

舰船球鼻艏结构抗冲击性能研究

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作者：程晓达哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

球鼻艏结构是水面舰船上一个极其特殊的部位，其光顺的型线设计可以减小兴波阻力，提高舰船的机动性;同时它又装载了舰船侦察水下敌情的声呐设备，承担着保护声呐不受波浪抨击及远场爆炸载荷损坏的任务，其重要性不言而喻。然而当前对... 详细信息

球鼻艏结构是水面舰船上一个极其特殊的部位，其光顺的型线设计可以减小兴波阻力，提高舰船的机动性;同时它又装载了舰船侦察水下敌情的声呐设备，承担着保护声呐不受波浪抨击及远场爆炸载荷损坏的任务，其重要性不言而喻。然而当前对球鼻艏强度的文献及规范主要针对静水压力及极限海况下波浪抨击力等常规情况下球鼻艏的安全性，较少考虑到在作战任务中球鼻艏受到爆炸冲击波及气泡载荷时结构的响应情况。因此对球鼻艏受到水下非接触爆炸载荷时结构的抗冲击性能进行研究是十分必要的。本文分别从球鼻艏设备安全、抗沉性、球鼻艏对气泡运动的影响的角度进行分析，初步对钛合金球鼻艏结构的抗冲击性能进行探讨，指出薄弱环节，为球鼻艏结构的强度设计提供参考依据。首先，选取当今先进舰船首选的钛合金球鼻艏结构作为研究对象，建立其与整船、流场的耦合模型。通过船舯爆炸及船艏爆炸大量工况，计算球鼻艏底部声呐底座在水下非接触爆炸下的冲击环境，并讨论爆炸攻角对球鼻艏冲击环境的影响，为球鼻艏结构防护及优化提供参考。其次，由于声呐设备的透声需要，球鼻艏导流罩内未采用任何肘板，只采用环状肋骨支撑，这对球鼻艏结构的抗爆抗冲击防护能力提出了极高的要求。根据球鼻艏结构特点，将结构细分成钛合金导流罩、底部钢结构基座、支撑骨材和连接法兰。分别考察各部分在水下非接触爆炸冲击下的响应，对比各结构的塑性变形情况，校核结构的安全性，并指出其薄弱环节。再次，通过大量工况计算钛合金球鼻艏在水下非接触爆炸载荷下安全半径、临界半径及破坏半径，并通过插值汇总球鼻艏结构安全半径、临界半径及破坏半径包络图。总结球鼻艏结构安全性随角度的变化规律。最后，本文通过电火花气泡实验研究球鼻艏结构复杂曲面对气泡运动的影响。实验发现，由于球鼻艏结构及其靠近自由面，当气泡脉动受到球鼻艏结构影响时，同时也会受到自由面Bjerknes力的作用，使气泡被撕裂成两个小气泡，并分别形成远离自由面和指向球鼻艏结构的射流。气泡这种被自由面和结构联合作用撕裂的现象可以大幅削弱气泡射流对球鼻艏结构的损伤。

关键词：水下爆炸球鼻艏冲击环境局部强度电火花气泡射流

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爆炸气泡与舰船相互作用的相似性方法研究

爆炸气泡与舰船相互作用的相似性方法研究

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作者：王诗平朱枫吴超张阿漫哈尔滨工程大学中船重工第702研究所

关键词：水下爆炸电火花气泡相似性缩比试验

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