烟火药水下燃烧产生气泡的特征规律研究(2)
烟火药水下燃烧过程可分为气泡形成、上浮、破裂成气泡云以及气泡云的水面破裂喷涌四个阶段。随着燃烧速度的增加，气泡演变更加剧烈，出现了合并现象，同时所辐射的噪声也随之增大。气泡上升的过程中并不时完整的球形，且总体上由于气泡体积的变化受力不均而呈曲线形上升。由于这四个阶段都存在气泡体积的膨胀、收缩和崩溃破裂，故整个过程都会向外辐射声能[2]。水下声能具有很大的应用领域。例如
在现代海战中，使用的武器射程远、命中率高、杀伤力强，战争的突发性和破坏性也大[3]。然而事物都是在矛盾中发展的，有攻必有防。作为鱼雷防御的一个方面，发展研制各种声呐和声导鱼雷的软杀伤对抗技术也就变得尤为重要。反鱼雷软杀伤技术是试图利用噪声和/或信号发生器来伪装舰艇，对鱼雷进行诱导干扰，使其攻击失败[4]。而采用炸药的水下爆炸来进行水声干扰，虽然效果较好，但是也存在一定的局限性:（1）存在一定的破坏性，对水中的鱼类等生物、海中采矿设施以及海边建筑物都具有一定的影响[5，6]；（2）炸药的运输存放条件要求苛刻，文护成本较高，容易发生事故；（3）出于安全考虑，在任何时刻船上只能有一包安装了雷管的炸药，所以不能连续进行放炮操作；（4）炸药水下爆炸声量是瞬间释放的，作用的时间短，频率的可控性差，不能够很好的满足工作所需，所以应用受到了极大的限制，在海洋勘探中将逐步被其他非炸药震源所取代[7, 8]。通过对烟火药水下燃烧气泡特征规律的研究，对探讨烟火药水下燃烧的声辐射机理,有着重要的意义。
1.1 国内外研究现状
1.1.1 国外研究相关现状
1.1.2 国内研究相关现状
1.2 本设计研究内容
本课题归纳总结国内外研究现状；并优化能在水下燃烧的烟火药配方和装药结构，研究不同组分的烟火药水下燃烧产生气泡大小和数量。本实验采用红外测温仪、高速摄影仪等测试设备，分别测试了不同配方烟火药燃烧温度及产生气泡大小、产生的速率和数量等参数，获得不同药剂在燃烧过程的产气量、产热量，并对实验数据进行处理与分析，结合相关理论进行计算，总结烟火药水下燃烧产生气泡的特征规律。
2 实验研究的基础理论
2.1 水下气泡的产生过程
2.1.1 火炸药水中爆炸气泡产生过程
图2.1 水下燃烧药柱试样点火阶段 图2.2 气泡的生成阶段
在自然界中可以看到许多存在于流体中的气泡的例子。这些自然现象可能以有义的方式被利用，也可能导致严重的灾难。火炸药在水中引爆之后，首先产生冲击波，对水中结构物产生第一次破坏作用。冲击波传播时将水看成可压缩的介质，在冲击波过后，变成高温高压气体。该气体被周围的水围成气泡，气泡内部的高压将驱使周围的流体以小于声速的速度向外扩散运动，此阶段，将水看成不可压缩的介质。由于惯性，气泡将过渡膨胀，同时其内部压力减小，直至占外部流体静水压很小的一部分，气泡表面的负压差使气泡的膨胀运动停止，并使气泡产生收缩运动，收缩过程由流场中周围流体静压力驱动。该过程将会继续直至不断增加的内部气泡压力将该过程瞬间逆转过来。气体和水的弹性特性为气泡振荡提供条件。将该过程称为气泡脉动。气泡排开一部分密度比内部气体大的水流体。排开的流体重量远远超过了气泡内部的气体的重量，这就提供了浮力，浮力使气泡向上移动。
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