Page 5 - 《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

rupture of the outer wall surface of the buffer head cover at the connector between the buffer shell and the navigational body
are caused by the stress concentration distribution generated during water impact. When the open-cell foam contacts the water
surface, the front part enters the collapse stage, absorbing a large amount of energy and undergoing plastic deformation,
resulting in a reduction of pores. This stage is the primary energy absorption phase for the buffer foam. In comparison, closed-
cell foam exhibits poorer load reduction performance. Therefore, the adoption of open-cell foam represents a superior solution
for buffering and load reduction during high-speed water entry of navigational bodies.
Keywords: high-speed water entry; buffer and load reduction; energy absorption; porous foam

由于空气与水的介质性质差异巨大，航行体在高速入水时会受到极大的冲击载荷，不仅对航行体的
头部结构稳定性构成了严峻挑战，还可能导致结构的损毁。因此，为了保护航行体免受冲击载荷的破
坏，研究并采取有效的降载措施至关重要。诸多学者在经过深入研究后，提出了多种降载策略。目前的
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[3]
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降载措施主要有航行体头部形状控制降载 、引入气体缓冲降载 和加装缓冲头帽装置降载 等方式。
在主流的降载措施中，改变航行体头部形状是最直接且有效的方法之一。通过流线型设计，航行体
在入水时的流体动力性能得以改善，从而减小自由液面对其头部的冲击力。Kubota 等 [4] 的实验进一步
证实，头部形状对航行体入水时的冲击载荷和流场分布具有显著影响，合理的头部形状设计可以有效地
分散入水冲击力，从而降低航行体入水时的载荷。石汉成等 [5] 通过数值模拟方法，对不同头部形状的水
雷在入水过程中的头部加速度和速度变化进行了深入研究，发现斜锥形的头部设计在降载方面具有更
好的效果。Shi 等 [6] 进一步结合数值模拟与实验，详细分析了不同头部形状的航行体入水时的表现，发
现在同等条件下，尖拱形头部的航行体在入水时所受的最大冲击载荷明显小于钝头形状的航行体，且这
一载荷仅为钝头形状航行体最大冲击载荷的 1/4。此外，Guo 等 通过试验与理论相结合的方法，研究了
[7]
不同头部形状（包括扁平形、椭圆形和半球形）的航行体在高速水平入水时的冲击载荷特性，发现提高航
行体的头部形状系数，其阻力系数会随之减小。这意味着，通过合理的头部形状设计，不仅可以降低航
行体在入水时的冲击载荷，还可以改善整体的流体动力性能。
尽管航行体头部形状控制降载方法无需增加额外的设备和材料，有利于简化航行体的结构，但是多
用于低速入水问题，对于高速入水问题，仅仅依靠头部形状优化难以达到理想的降载效果。除了改变头部
形状外，其他降载措施也被广泛研究，如引入气体缓冲降载，即航行体入水前，在其头部或周围通入气体，形
成一个气体缓冲层，利用气体的流动特性分散和吸收航行体入水时产生的巨大冲击力，这种方法能够有
效地减小航行体入水的冲击力，降低对航行体结构的损伤。潘龙等 率先提出了通过主动通气技术实现
[8]
降载的方法，并进一步验证了该方法在减小航行体入水冲击载荷方面的有效性，同时揭示了气体缓冲降
[9]
载方法背后的缓冲机制及原理。Sun 等 采用在航行体头部引入气体的方法，成功创建了一层人工气垫，并
验证了该人工气垫在缓冲降载方面的作用。王峻等 [10] 深入探讨了不同的喷射气体量对航行体入水过程
中的载荷、喷气产生的空泡大小以及航行体入水弹道稳定性的影响，发现通过调整喷气量的大小，能够
有效降低航行体头部在入水时遭受的最大砰击压力，并且指出，喷气量的增加会实现更好的降载效果。
赵海瑞等 [11] 研究了头部喷气装置对航行器高速入水冲击载荷的影响，发现当航行体装备圆盘空化器和
侧向喷气装置时，喷出的气体能够促进航行体入水超空泡的形成，进而在一定程度上减小航行体高速入
水时与水面的接触面积，从而达到有效降低航行体高速入水时受到的巨大砰击载荷的目的。
引入气体缓冲降载方法可以通过调整喷气量大小灵活控制降载效果，但需要配备相应的喷气控制
系统，增加了航行体的复杂性，并且该方法针对更高速入水问题存在不足。除了改变头部形状和引入气
体缓冲外，加装缓冲装置也被广泛研究，加装缓冲头帽装置降载方法是在航行体的头部安装专门设计的
缓冲头帽，这些缓冲装置能够在航行体高速入水时起到减振缓冲的作用，在航行体入水时，缓冲头帽先接
触水面，通过其快速溃灭来吸收大量的能量，从而降低航行体高速入水过程中对航行体头部的冲击。宣建
明等 [12] 深入探讨了缓冲头帽入水流场及其罩壳破碎机制，验证了使用泡塑等缓冲材料制成的头帽在降
低入水冲击载荷方面的有效性，结果表明，采用泡塑缓冲件的缓冲头帽在降低鱼雷入水冲击载荷方面发
挥了积极作用。Horton 等 [13] 则提出了一种利用吸能材料作为缓冲介质的方法，以保护航行体免受高速

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