﻿ 水下爆炸条件下装置冲击环境研究
 舰船科学技术  2023, Vol. 45 Issue (11): 23-27    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7619.2023.11.005 PDF

1. 中国船舶集团有限公司第七一三研究所，河南 郑州 450015;
2. 河南省水下智能装备重点实验室，河南 郑州450015

Study on impact environment of device under underwater explosion
GUO Jing-bin1,2, HU Hui-peng1,2, QIN Li-ping1,2
1. The 713 Research Institute of CSSC, Zhengzhou 450015, China;
2. Henan Key Laboratory of Underwater Intelligent Equipment, Zhengzhou 450015, China
Abstract: The shockwave from the non-contact underwater explosion will impact the equipment of submarine, it is of high engineering application value to study the non-contact underwater explosion impact environment for equipment design, it is far from enough to study the impact environment only by theoretical calculation, it is necessary to carry out the underwater explosion impact test, verify the calculation method, verify the simulation model and improve the shock absorption design. This paper introduces the explosion impact scale test, and then analyzes the experimental data to obtain the load characteristics, the calculation results which are acquisition by dynamic numerical simulation, are verified with the test data to verify the feasibility of the calculation method. It can provide theoretical support for the study on the full-size device impact environment.
Key words: underwater explosion     scale test     impulsive environment     numerical simulation
0 引　言

1 缩比模型爆炸冲击试验 1.1 水下爆炸经验理论

 ${P_{\left( t \right)}} = {P_{\left( m \right)}}{e^{( - t/\theta )}},{P_{\left( m \right)}} = {K_P}\left( {{W^{1/3}}/R} \right){a_p}。$

1.2 试验概况

 图 1 水下横向冲击试验示意图 Fig. 1 Schematic diagram of underwater lateral impact test

1.3 储运筒中的减震试验产品

1.4 测点布置与试验流程

 图 2 测点布置示意图 Fig. 2 Schematic diagram of measuring point arrangement

2 缩比模型爆炸横冲击试验数据分析 2.1 数据分析方法

2.2 横冲击试验工况装置数据处理分析

 图 3 左正冲击下法兰横向速度响应 Fig. 3 Flange velocity response under left lateral impact

 图 4 右正冲击下法兰横向速度响应 Fig. 4 Flange velocity response under right lateral impact

 图 5 左正冲击下减震器横向速度响应 Fig. 5 Shock absorber velocity response under left impact

 图 6 右正横冲击下减震器横向速度响应 Fig. 6 Shock absorber velocity response under right impact

 图 7 左正冲击下法兰横向位移响应 Fig. 7 Flange displacement response under left lateral impact

 图 8 右侧正横冲击下法兰横向位移响应 Fig. 8 Flange displacement response under right lateral impact

 图 9 左正横冲击下减震器横向位移响应 Fig. 9 Shock absorber displacement response under left ateral impact

 图 10 右正横冲击下减震器横向位移响应 Fig. 10 Shock absorber displacement response under right ateral impact

1）此次测试获取的储运筒法兰、减震器安装基座速度响应规律可以简化为1个正负三角波速度载荷和一小段振荡；

2）从速度角度来看，储运筒垂直减震器基础阶跃速度峰值约2.5 m/s，内筒法兰处跃速度峰值约0.8 m/s；

3）从位移响应来看，储运筒横向位移冲击载荷可以简化为半正弦波，周期0.4 s，储运筒垂直减震器基座在左正横冲击工况下位移约为0.018 m，右正横冲击工况下，约为0.035 m。

3 冲击响应仿真与试验校核 3.1 校验模型用的测试数据

 图 11 测点3速度响应 Fig. 11 Velocity response at measuring point 3

 图 12 测点6速度响应 Fig. 12 Velocity response at measuring point 6

3.2 横向冲击响应仿真

 图 13 横向减震系统计算模型 Fig. 13 Calculation model of transverse shock absorption

 图 14 垂直减震器模型 Fig. 14 Calculation model of vertical shock absorption

 图 15 仿真计算获取的测点3速度响应 Fig. 15 Velocity response of measuring point 3 by simulation

 图 16 仿真计算获取的测点6速度响应 Fig. 16 Velocity response of measuring point 3 by simulation
3.3 横向冲击仿真与试验对比分析

1）从规律来看，仿真与测试相似，先在0.075 s达到第1个波峰，然后在0.25 s附近达到波谷，最后再在0.3 s达到另一个波峰；

2）从响应曲线细节来看，二者有不小的差异，仿真与测试曲线均在0.1 s与0.28 s附近有波动，但仿真计算求得的波动较大，而测试获取的波动较小；

3）从速度响应幅值来看，仿真结果在第1峰值点小于试验结果30%，在第2个峰值点大于试验结果25%；

4）总的来看，仿真计算可以很好模拟弹体横向动响应量级及规律，但与真实响应存在差异。

4 结　语

1）建立缩比相似准则，设计缩比模型，完成了缩比模型水下爆炸冲击试验，获取了冲击试验测试数据，研究爆炸冲击下储运筒冲击输入载荷特性。缩比试验获取的储运筒速度冲击载荷数据具有较高的参考价值。

2）建立缩比储运筒冲击动力学计算模型，进行横向冲击仿真计算。计算结果与试验结果在规律、量级等方面具有很高的一致性，计算方法可行，仿真模型有效。

3）通过缩比关系，可从缩比冲击载荷推导获取全尺寸储运筒冲击载荷。采用此种计算方法对全尺寸储运筒冲击环境进行预报分析，可为储运筒冲击环境深入研究提供理论支持。

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