Page 73 - 《爆炸与冲击》2026年第01期

第 46 卷 王天召，等： 水下接触爆炸气泡脉动特性的理论研究 第 1 期

炸气泡将不再产生二次脉动。基于对气泡脉动图像的分析，得到每次实验的气泡最大半径和气泡脉动
周期，如表 5 所示。

(a) 0 ms (b) 4.4 ms (c) 8.8 ms (d) 12.9 ms (e) 17.0 ms
图 8 接触爆炸气泡脉动的实验结果
Fig. 8 Experimental results of bubble pulsation in contact explosion

12
表 5 气泡脉动特性实验结果
10 Table 5 Experimental results of bubble
pulsation characteristics
8
实验 边界条件 气泡最大半径/cm 脉动周期/ms
R/m 6 1 自由场 9.58 15.90

4
2 自由场 9.94 15.90
2 Free-field 3 自由场 9.24 16.10
Contact explosion
0 Rayleigh-Plesset equation 平均值 9.59 15.97
0 5 10 15 20 25 30 接触爆炸
t/ms 4 10.58 17.00
5 接触爆炸 10.54 16.90
图 9 2 种工况下气泡脉动半径
6 接触爆炸 10.67 17.00
Fig. 9 Bubble pulsation radius under
平均值 10.60 16.97
two experimental conditions
由表 5 中的数据可知：在自由场下，3 次重复实验中气泡最大半径的平均值为 9.59 cm，气泡脉动周
期的平均值为 15.97 ms；接触爆炸下，3 次重复实验中气泡最大半径的平均值为 10.60 cm，气泡脉动周期
的平均值为 16.97 ms，接触爆炸下气泡最大半径与脉动周期的平均值相较于自由场工况分别增加了
10% 和 6%。相同当量炸药，接触爆炸下气泡最大半径和周期均大于自由场气泡，但是小于本文中得到
的接触爆炸与自由场爆炸中相同气泡脉动特性之间的比例系数的理论值：2 ≈ 1.26，符合表 2 中得到的
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理论与实际工况下的误差，初步证明了本文中所得结论的适用性。此外，由拍摄到的实验图像中可以观
察到，板在接触爆炸作用下并不是完全静止不动的，而是会出现微幅的晃动，这同样也导致了接触爆炸
气泡的能量损失，造成测得的气泡最大半径和气泡脉动周期偏小。
该实验验证了所推导的接触爆炸气泡脉动特性理论在小当量浅水爆炸工况下的适用性。由于本文
的研究基于现有的自由场水下爆炸气泡脉动特性经验公式，理论上适用于任意当量及深度的水下爆炸
工况。但是，随着炸药当量及深度的增加，气泡脉动过程中非线性效应加剧，气泡的能量损失机制也变
得更加复杂，且在理论推导过程中忽略了气泡内爆轰产物内能，因此，对于大深度、大当量的接触爆炸气
泡脉动特性还需要进一步的研究。

4 结 论

本文中通过理论建模、数值模拟与实验验证相结合的方法，系统研究了刚性壁面接触爆炸条件下水
下爆炸气泡的脉动特性，得出以下主要结论。
(1) 基于不可压缩无黏流体假设，建立了接触爆炸半球形气泡脉动动力学方程，揭示了接触爆炸与

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