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摘 要:在渡海登陆战役中,登陆艇承担着输送人员、抢滩登陆等一些危险任务,易受到水中武器如鱼雷、水雷等的攻击。为了提高登陸艇的作战能力,必须提高登陆艇水下爆炸防护能力,气泡帷幕技术是最快捷简单、经济有效的一种防护手段,在未来需要不断推广和应用。
关键词:水下爆炸登陆艇气泡帷幕
中图分类号:T7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(c)-0017-01
在渡海登陆战役中,登陆艇承担着输送人员、抢滩登陆等一些危险任务,很容易遭到敌人水中武器如鱼雷、水雷等的进攻。由水中武器造成的登陆艇损伤主要依据的原理是弹体爆炸引起碎片冲击波场,在此基础上依靠冲击波和碎片对艇体构造造成的较大变形或严重破损,使艇内电子仪器和机械设备等丧失本身的功能。因此,为了能为现代战役服务,顺利进行渡海登陆,登陆艇必须提高自身水下抵抗爆炸的能力,尤其是对小型登陆艇的研究。
1 水下爆炸破坏机制理论以及危害
所谓水下爆炸指在极其短暂的时间水下存在的极小面积上或体积内却发生了极大的能量转换过程,主要的方式有两种:接触和非接触爆炸。接触爆炸是指爆炸产生物直接对艇体产生作用,使其变形或破裂。非接触爆炸指由于冲击波、爆炸产物等形成的气泡脉动或气泡造成压力波及其他的一些力量作物的结果。水下武器爆炸时,短期产生的高压高温气体产物,由于海水极小的压缩性,因此一旦产生炸药爆炸,海水便会成为压力波良好的传导体,同时形成水体冲击波的压力具有作用时间短数十到数百毫秒、峰值大10GPa或以上的特点。水中冲击波形成以前,波速以声速的倍数沿径传播,并会按照一定规律下降。同时,水下爆炸形成的气体压力会使周围的水质点形成滞后流与气泡。如果爆炸物膨胀的压力与静水压等值后,爆炸物会因为惯性继续膨胀到最大体积,而后又会因为压力造成收缩,在惯性作用下继续收缩到最小,这个过程不断反复,最终形成脉动过程,直至产物脱离水面。尽管气泡脉动频率比较低,但是冲击波在大的频率下具有极大能量,因而能激发出设备及船体所有的模态,如果脉动频率与船体设备频率达到固有一致水平,将会是机电设备的功能处于失效状态,更严重的是可能会导致船体断裂或沉没。
2 防护登陆艇水下爆炸的主要手段
以往对登陆艇水下防爆设计主要集中在改造船体结构和材料上。如用试验等探索新的船体结构,优化船体结构设计,研制新型复合才老,改善材料韧性指标等。目前研究热点是运用气泡帷幕减少水下爆炸引起的冲击波,达到防爆的目的。
2.1 船体外壳安装防弹装甲
水下暴躁损毁船体通过两种方式:一种是直接对船体结构冲击,使其破口;另一种是水下的聚能装药切割或穿甲船体结构,使其破口,丧失登陆艇不可沉没性。由于船体吨位的限制,根本无法防御这种破坏。因此说装甲防护是非常有必要的。但是由于空间和排水量对防护结构的限制,必须综合考虑艇内各部位各舱室对作战影响等级以及它们本身的生存性来确定安装何种等级防护。如驾驶室和弹药库可以采用钢板复合陶瓷防弹板的最高防护,登陆兵仓就可以采用钢板复合防弹板进行次级防护。
2.2 对重点仓实行抗爆防护
船体抗爆结构指结构在水下爆炸作用下,通过某些塑性变化来吸取爆炸冲击波产生的能量,以此保护船体重要设备和内部结构不受损害。如江苏科技大学的学者尹群认为在常规的非接触型水下爆炸情况下,船底发生结构变形几率较小,主要变形会发生在舷侧,如横向骨架、舱壁,船体外板等船体结构主要的吸收构件。该大学另一位研究者张建运用薄壁管吸能特性设计出紧密型和离散型的圆管夹心板。此圆管具有质量轻、成本低、工艺简单的特点,不仅能提高艇体的抗冲击性,还能降低船体重量,提高了登陆艇的经济性和装载能力。
2.3 运用气泡帷幕降低冲击波能
气泡帷幕最早由加拿大Apolph提出并在ortario水电站得到有效应用。通过运用实践发现在水下爆破工程中气泡帷幕对衰减地震效应和水中冲击波方面有显著效果。樊自认为:在同一折合距离,冲击波在空气中衰减速度明显快于水体状态。周睿利用水箱实验得出实际工程计算表达式,并将气泡帷幕削波系数引入算式。因气泡帷幕易受水体速度或其他因素影响,为了保证气泡帷幕对冲击波的衰减效果,需要进行能耗大、功率大的空压机作业,这无益于气泡帷幕的衰减技术应用。对此可以通过柔体装的空气隔层来阻隔水中冲击波的影响,相关研究通过实验和原理验证空气隔层不仅可以衰减水中冲击波的峰值压力,而且还能有效降低冲击波的总能量和冲量,这样就能有效防护敌方目标物的破坏,提高登陆艇生存能力。
3 结语
本文从接触和非接触两种保障类型分析了水下爆炸作用的原理。登陆艇水下防爆对小型登陆艇来说最具应用前景技术是气泡帷幕衰减技术。因为此类艇体体积、航速和装载能力都比较小,通过在艇体加装气泡帷幕形成空气阻隔,利用气泡帷幕衰减水的冲击波能,优化船体布置,从而能有效提高船体作战能力。
参考文献
[1] 李磊.水下爆炸对舰船结构毁伤效应的研究现状及展望[J].舰船科学技术,2008,30(8).
[2] 汪玉.舰船现代冲击理论及应用[M].北京:科学出版社,2005.
[3] 姚熊亮.双层壳结构抗冲击性能仿真研究[J].哈尔滨工程大学学报,2004,25(3).
关键词:水下爆炸登陆艇气泡帷幕
中图分类号:T7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)07(c)-0017-01
在渡海登陆战役中,登陆艇承担着输送人员、抢滩登陆等一些危险任务,很容易遭到敌人水中武器如鱼雷、水雷等的进攻。由水中武器造成的登陆艇损伤主要依据的原理是弹体爆炸引起碎片冲击波场,在此基础上依靠冲击波和碎片对艇体构造造成的较大变形或严重破损,使艇内电子仪器和机械设备等丧失本身的功能。因此,为了能为现代战役服务,顺利进行渡海登陆,登陆艇必须提高自身水下抵抗爆炸的能力,尤其是对小型登陆艇的研究。
1 水下爆炸破坏机制理论以及危害
所谓水下爆炸指在极其短暂的时间水下存在的极小面积上或体积内却发生了极大的能量转换过程,主要的方式有两种:接触和非接触爆炸。接触爆炸是指爆炸产生物直接对艇体产生作用,使其变形或破裂。非接触爆炸指由于冲击波、爆炸产物等形成的气泡脉动或气泡造成压力波及其他的一些力量作物的结果。水下武器爆炸时,短期产生的高压高温气体产物,由于海水极小的压缩性,因此一旦产生炸药爆炸,海水便会成为压力波良好的传导体,同时形成水体冲击波的压力具有作用时间短数十到数百毫秒、峰值大10GPa或以上的特点。水中冲击波形成以前,波速以声速的倍数沿径传播,并会按照一定规律下降。同时,水下爆炸形成的气体压力会使周围的水质点形成滞后流与气泡。如果爆炸物膨胀的压力与静水压等值后,爆炸物会因为惯性继续膨胀到最大体积,而后又会因为压力造成收缩,在惯性作用下继续收缩到最小,这个过程不断反复,最终形成脉动过程,直至产物脱离水面。尽管气泡脉动频率比较低,但是冲击波在大的频率下具有极大能量,因而能激发出设备及船体所有的模态,如果脉动频率与船体设备频率达到固有一致水平,将会是机电设备的功能处于失效状态,更严重的是可能会导致船体断裂或沉没。
2 防护登陆艇水下爆炸的主要手段
以往对登陆艇水下防爆设计主要集中在改造船体结构和材料上。如用试验等探索新的船体结构,优化船体结构设计,研制新型复合才老,改善材料韧性指标等。目前研究热点是运用气泡帷幕减少水下爆炸引起的冲击波,达到防爆的目的。
2.1 船体外壳安装防弹装甲
水下暴躁损毁船体通过两种方式:一种是直接对船体结构冲击,使其破口;另一种是水下的聚能装药切割或穿甲船体结构,使其破口,丧失登陆艇不可沉没性。由于船体吨位的限制,根本无法防御这种破坏。因此说装甲防护是非常有必要的。但是由于空间和排水量对防护结构的限制,必须综合考虑艇内各部位各舱室对作战影响等级以及它们本身的生存性来确定安装何种等级防护。如驾驶室和弹药库可以采用钢板复合陶瓷防弹板的最高防护,登陆兵仓就可以采用钢板复合防弹板进行次级防护。
2.2 对重点仓实行抗爆防护
船体抗爆结构指结构在水下爆炸作用下,通过某些塑性变化来吸取爆炸冲击波产生的能量,以此保护船体重要设备和内部结构不受损害。如江苏科技大学的学者尹群认为在常规的非接触型水下爆炸情况下,船底发生结构变形几率较小,主要变形会发生在舷侧,如横向骨架、舱壁,船体外板等船体结构主要的吸收构件。该大学另一位研究者张建运用薄壁管吸能特性设计出紧密型和离散型的圆管夹心板。此圆管具有质量轻、成本低、工艺简单的特点,不仅能提高艇体的抗冲击性,还能降低船体重量,提高了登陆艇的经济性和装载能力。
2.3 运用气泡帷幕降低冲击波能
气泡帷幕最早由加拿大Apolph提出并在ortario水电站得到有效应用。通过运用实践发现在水下爆破工程中气泡帷幕对衰减地震效应和水中冲击波方面有显著效果。樊自认为:在同一折合距离,冲击波在空气中衰减速度明显快于水体状态。周睿利用水箱实验得出实际工程计算表达式,并将气泡帷幕削波系数引入算式。因气泡帷幕易受水体速度或其他因素影响,为了保证气泡帷幕对冲击波的衰减效果,需要进行能耗大、功率大的空压机作业,这无益于气泡帷幕的衰减技术应用。对此可以通过柔体装的空气隔层来阻隔水中冲击波的影响,相关研究通过实验和原理验证空气隔层不仅可以衰减水中冲击波的峰值压力,而且还能有效降低冲击波的总能量和冲量,这样就能有效防护敌方目标物的破坏,提高登陆艇生存能力。
3 结语
本文从接触和非接触两种保障类型分析了水下爆炸作用的原理。登陆艇水下防爆对小型登陆艇来说最具应用前景技术是气泡帷幕衰减技术。因为此类艇体体积、航速和装载能力都比较小,通过在艇体加装气泡帷幕形成空气阻隔,利用气泡帷幕衰减水的冲击波能,优化船体布置,从而能有效提高船体作战能力。
参考文献
[1] 李磊.水下爆炸对舰船结构毁伤效应的研究现状及展望[J].舰船科学技术,2008,30(8).
[2] 汪玉.舰船现代冲击理论及应用[M].北京:科学出版社,2005.
[3] 姚熊亮.双层壳结构抗冲击性能仿真研究[J].哈尔滨工程大学学报,2004,25(3).