1、炸药在水下爆炸后，会瞬间变为高温高压气体，从而产生气泡。爆炸产生的气泡内部的高压将使气泡膨胀，并促使周围的水以小于声速的速度向外扩散运动（滞后流）。气泡内部的压力会伴随膨胀而不断减小，当降到与周围环境压力相同时，气泡由于惯性的作用将继续膨胀，一直达到气泡的最大半径。此时，气泡内部的压力低于周围环境压力。之后，气泡周围的水开始反向运动压缩气泡，使气泡不断收缩至最小。接着气泡内部压力又高于周围环境压力，气泡开始第二次膨胀，并产生第二个向外传播的波。当气泡再次膨胀到最大半径时又开始收缩，相同的膨胀收缩过程可以重复三次以上。这个过程被称为气泡脉动。气泡在脉动过程中会受到水的浮力，从而产生向上的运动，图1-1形象地表示了气泡内部压力变化和气泡运动的过程。宗智等[1]研究发现：第一次气泡脉动气泡内的剩余能量只有初始能量的7％左右TNT，因此一般在研究气泡脉动对舰船的毁伤效应时只关注第一次气泡脉动。冲击波和气泡在传播过程中携带不同的能量，冲击波大约占有53％的能量，而气泡占有47％。在传播过程中，冲击波损失约20％的能量，剩余的造成结构物的毁伤；而气泡第一次膨胀、收缩过程损失约13％的能量，有17％的能量会在气泡被压到最小时散失，剩下的用于产生第二次的压力波。总的来说，水下爆炸不同于空气爆炸的地方是会产生气泡脉动的现象。95187

图1-1 水下爆炸压力变化和气泡脉动过程

在80年代以前，水下爆炸的有关研究只集中于冲击波造成的结构破坏，对于爆炸后的气泡载荷的研究并不深入。从80年代中期起，人们逐渐意识到气泡引起的结构损伤也会达到很严重的地步。水下爆炸产生的冲击波经常会造成结构的局部损伤，经过人们的研究发现，一般现代舰船的设计会有足够的强度来抵抗爆炸冲击波带来的局部损伤，然而气泡带来的伤害却是引起舰船沉没的因素，因为气泡脉动会产生脉动压力和滞后流，这会对舰船造成局部和总体破坏。船体结构通常还会受到气泡脉动形成的高速射流的破坏，以致船体沉没，如图1。2所示。

图1-2 水下爆炸气泡对舰船的局部和总体破坏论文网

Rayleigh(1917)[2]在二十世纪初期就开始研究气泡特性和载荷，通过研究，建立了不可压缩流场中球形气泡的运动方程。二十世纪五十年代左右，科技较之前有所进步，许多学者开始通过实验的方法来研究气泡特性。七十年代以来，计算机技术的高速发展，为气泡研究提供了新的研究工具，学者开始了对气泡运动的数值模拟研究。经过几十年的发展，许多领域都可以看到气泡动力学的研究，如水下爆炸气泡，Wang等人(2004) [3]，Cole(1948)[4]；船舶螺旋桨的气泡和水泵的气泡，Chapman和Plesset (1971)[5]。

水下爆炸气泡在自由面和刚性面运动时，还有一种特殊的现象，就是射流。在射流和浮力作用下，气泡并非呈现球对称的方式脉动。气泡在自由面运动时，由于自由面效应，其射流会从靠近自由面处产生，并朝着背离自由面方向运动。气泡在刚性界面处膨胀时会被界面弹开，而在收缩时会被界面吸引，从而产生靠近刚性面方向的射流，如图1-3所示。在射流研究方面，国内外很多学者都对此游过研究，如Plesset[21]，Chan等人[22]，以及Zhang等人[23]。

图1-3 刚性壁附近气泡射流现象

接下来从理论分析、试验研究和数值模拟方面表述国内外对气泡运动研究的成果。