单发及多发武器近场爆炸对舰船毁伤研究.pdf

哈尔滨工程大学硕士学位论文

摘要

近场爆炸对舰船结构的毁伤过程涉及到固液气三相物态变化，其复杂的物理过程至

今没有被揭示清楚。随着计算机技术的发展，导弹、鱼雷等反舰武器的控制与制导在计

算机辅助下越来越精准，大型舰船受到多发武器攻击的概率大大增加。为此，本文使用

非线性有限元软件，基于ALE算法，结合相关经验公式，对大型舰船在单发及多发武

器水下近场爆炸作用下的毁伤效果进行了研究，旨在提高大型水面舰船的攻击力与防护

能力。

首先，对ALE算法在水下近场爆炸领域的有效性进行了多方面的验证。使用ALE

算法模拟了自由场中单发武器水下爆炸的载荷特征，得到了气泡脉动周期、冲击波压力

峰值、气泡最大体积等参数，与相关经验公式对比吻合良好。建立与试验相同工况的舱

5%

段数值模型，与试验对比，破口尺寸误差。提取舱段典型设备的加速度时历曲线，

将数值计算结果与试验对比，误差也在10%左右。随后，采用ALE算法数值模拟了自

由场中多发武器同时爆炸所造成的冲击波及气泡载荷特征，并对冲击波和气泡载荷特征

进行阐述。

其次，在全面验证ALE算法在近场爆炸领域的准确性后，进行单发及多发武器水

下近场爆炸对舰船的毁伤研究。建立了整船数值模型，选择合适的状态方程及船用钢材

料参数。随后对国内外海上进攻武器广泛调研，确定输入载荷，并对输入载荷进行网格

收敛性分析。建立了多个不同网格尺寸的自由场，以调研后的武器载荷为对象，分析其

爆炸冲击波及气泡在何种网格尺寸下收敛。

1/4L1/2L3/4L0°26°

再次，在舰船，，处这三个典型剖面，每个剖面位置处选取、、

52°、78°四类攻角，共计十二种工况，进行单发武器水下近场爆炸对舰船的毁伤计算。

分析在不同水下爆炸方位下，气泡体积的变化情况、气泡射流速度的变化情况、舰船结

构的毁伤情况。最后，进行两发反舰导弹，两发鱼雷，一发反舰导弹和一发鱼雷，延时

和同时等不同情况下对舰船的毁伤计算，分析了在多发武器近场爆炸的情况下，冲击波

载荷和气泡载荷的变化情况及其对舰船结构的毁伤特性。

通过本文的研究，可以给大型水面舰船在遭受近场爆炸下的防护设计提供借鉴，从

而提高大型水面舰船的作战能力。

关键词：单发武器；多发武器；近场爆炸；舰船毁伤

I

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Abstract

Thedamageprocessofnear-fieldexplosiontoshipstructureinvolvesthechangeof

solid-liquid-gasthree-phasephysicalstate,anditscomplexphysicalprocesshasnotbeen

revealedclearlysofar.Withthedevelopmentofcomputertechnology,thecontroland

guidanceofmissiles,torpedoesandotheranti-shipweaponsaremoreandmoreaccuratewith

theaidofcomputer,andtheprobabilityoflargeshipsbeingattackedbymultipleweaponsis

greatlyincreased.Therefore,thispaperusesthenonlinearfiniteelementsoftware,basedon

ALEalgorithmandrelevantempiricalformulas,tostudythedamageeffectoflargeships

undertheactionofunderwaternear-field