Page 11 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 原 凯，等： 航行体高速入水时多孔泡沫的缓冲降载特性 第 9 期

开始发挥作用，吸收由撞击引起的能量，同时开始迅速破碎。随着航行体继续深入水中，罩壳的残片向
外扩散，虽然未能完全破碎，但对于空泡的形成和演化影响可以忽略不计。当 t=5 ms 时，缓冲头罩和缓
冲泡沫发生明显的挤压变形，但此刻两者尚未完全破碎。随着航行体入水位移增加，当 t=10 ms 时，缓冲
头罩发生了明显的破碎。在这一过程中，航行体挤压缓冲头罩产生的初期空泡，随着航行体的继续运
动，缓冲泡沫在航行体头部与水面的共同作用下沿着航行体的轴向被压缩，同时在径向上发生膨胀。这
种纵向膨胀对缓冲头罩施加了进一步的撑进力，导致缓冲头罩在受到挤压的同时发生破裂，并向侧面扩
散。随着缓冲泡沫的快速溃灭，航行体与水面之间的间隔逐渐缩小，直至发生直接接触。此时，航行体
的直接触水进一步引发了入水空泡的新一轮扩张，这个新扩张阶段的空泡与原有的空泡壁面相融合，形
成了向航行体方向收缩的空泡壁面。

Cavity
shrinkage

Splash crown
Entry point rises
Hood breakage
Foam fragment
1 ms 5 ms 10 ms 15 ms 20 ms 25 ms
图 11 工况 2 的入水流场演化与破坏过程
Fig. 11 Evolution and failure process of the inflow flow field in case 2

工况 2 的入水加速度随时间的变化曲线如 400
图 12 所示。t=1.6 ms 时，缓冲泡沫接触自由液
面，此时航行体入水加速度迅速上升并达到峰 300
值。随着缓冲泡沫压实变形吸能逐步恢复稳定，
这个时段的变化趋势与无缓冲条件入水工况具 a/(m·s −2 ) 200
有一定的相似性。
100
图 13 给出了无缓冲工况、工况 1 和工况 2 的
航行体总能量随时间变化的曲线，通过航行体入
0
水后的总能量变化趋势也能体现缓冲性能的优
0 2 4 6 8
劣，可以看出，无缓冲条件航行体入水后速度衰
t/ms
减最快，t=5 ms 时，航行体开始接触水面，在撞击
图 12 工况 2 入水加速度随时间变化曲线
水面的瞬间，航行体受到极大的冲击载荷，使得
Fig. 12 Water acceleration-time curve for case 2
航行体的总能量在极短时间内迅速衰减。工况 1
是携带不开孔缓冲泡沫的降载方案，缓冲头罩接触水面后吸收了一部分能量，缓冲头罩撞水后溃灭吸
能 ， 航 行 体 总 能 量 逐 渐 下 降 。 工 况 2 是 携 带 开 弯 孔 缓 冲 泡 沫 的 降 载 方 案 ， 从 曲 线 中 可 以 看 出 ， 在
4～7.5 ms 时间范围内，工况 2 比工况 1 的航行体总能量下降更平缓，但随着航行体入水位移的增大，开
弯孔的缓冲泡沫吸收大量能量，使得工况 2 的航行体总能量迅速衰减。无缓冲工况、工况 1 和工况 2 的
航行体的轴向加速度随时间变化的曲线如图 14 所示，从图 14 可以看出，航行体携带开孔泡沫入水工况
的轴向加速度相比不开孔泡沫工况的轴向加速度更低，这是因为，开弯孔的结构可以将航行体的入水冲
击力分散到整个缓冲泡沫，并利用弯孔形状的改变进一步吸收航行体的入水冲击能量，从而提高缓冲泡
沫的吸能效果和能力。

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