JP2007131201A - Underwater impact-absorbing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an underwater impact-absorbing method absorbing an underwater explosion impact to a hull caused by a bubble impact wave generated by the underwater explosion of a mine and a torpedo by utilizing a bubble for absorbing the energy of the bubble impact wave in a marine vessel or the like. <P>SOLUTION: The impact to an impact receiving body 1 caused by underwater explosion is absorbed by covering a part or the whole of the impact receiving body 1 with an energy absorption body A for absorbing transmission energy in the underwater of the bubble impact wave W generated by underwater explosion. The energy absorption body A is made to serve as an energy absorption body for absorbing the energy of the bubble impact wave W by making it resonate with the vibration of the bubble impact wave W. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、艦船などにおいて、機雷や魚雷などの水中爆発によって生じるバブル衝撃波による船体への水中爆発衝撃をバブルを利用して緩和する水中衝撃緩和方法に関するものである。     The present invention relates to an underwater impact mitigation method for mitigating underwater explosion impact on a hull due to bubble shock waves generated by underwater explosions such as mines and torpedoes in a ship.

艦船などに対する機雷や魚雷等による攻撃では、直接船体に衝突してからの爆発以外に、船体近くで近接爆発することにより発生するバブル衝撃波で破壊する方法がある。   In an attack by a mine or torpedo on a ship, there is a method of destroying with a bubble shock wave generated by a close explosion near the ship, in addition to an explosion after directly colliding with the ship.

特に、最近の魚雷や機雷では近接爆発が主流になりつつあり、船体に近い場所で、魚雷や機雷が爆発すると炸薬によって生じる爆発衝撃波に加えて、爆発バブル(爆轟ガス球体)が発生する。   In particular, in recent torpedoes and mines, close-up explosions are becoming mainstream, and when torpedoes and mines explode in locations close to the hull, explosion bubbles (detonation gas spheres) are generated in addition to explosion shock waves generated by glaze.

この爆発バブルは、バブル内にガス体があるため、急激に膨張した後、バブルが外部の流体圧力(水圧)により収縮すると内部のガス圧が高まり再度膨張をするが、次の段階で、再度外部の流体圧力により収縮する。このリバウンドを繰り返しながら時間と共に、バブルは小さくなったり、大きくなったりして振動するが、やがて減衰して消える。このバブル内の圧力の振幅と周期は経過時間に連れて小さくなる。   Since this explosive bubble has a gas body in the bubble, if the bubble contracts due to an external fluid pressure (water pressure) after the bubble expands rapidly, the internal gas pressure increases and expands again. Shrink due to external fluid pressure. As this rebound is repeated, the bubbles vibrate as they become smaller and larger with time, but eventually decay and disappear. The pressure amplitude and period in the bubble decrease with time.

そして、この水中爆発で成長した大きな爆発バブルが最も収縮してドーナツ状になった場合には、このバブルの変形により生じた100m/sにも及ぶ高速の噴流、所謂ジェット流が発生する。このジェット流が船体に当たると、局部的に非常に高い圧力を与えるため、船体の一部に穴が生じたり、船体が崩壊して沈没したりする等の甚大な被害を船体は受けることになる。   When a large explosion bubble grown by this underwater explosion contracts most into a donut shape, a high-speed jet flow of 100 m / s generated by deformation of the bubble, that is, a so-called jet flow is generated. When this jet stream hits the hull, it gives a very high pressure locally, so the hull will suffer tremendous damage, such as a hole in a part of the hull and the collapse of the hull. .

なお、船体から遠く離れた距離で水中爆発した場合には、ジェット流が船体に到達する前に減衰するので、ジェット流によるダメージを回避できるが、この場合でも、バブルが収縮から膨張に移る過程で発生するバブルパルスと呼ばれるバブル衝撃波が海水等を伝わって船体にダメージを与えるので、船体は、このバブル衝撃波によるダメージを受けることになる。   In addition, in the case of an underwater explosion at a distance far from the hull, the jet flow attenuates before reaching the hull, so that damage caused by the jet flow can be avoided, but even in this case, the process of the bubble moving from contraction to expansion Since the bubble shock wave called “bubble pulse” generated in the sea is transmitted to the seawater and damages the hull, the hull is damaged by the bubble shock wave.

この水中爆発によって発生する衝撃に関しては、気泡運動力学(バブルダイナミックス)の問題として、下記のレイリー(Rayleigh) の気泡運動方程式の基本式(数式(1))を利用して、数値計算でシミュレーションできるようになってきている。   As for the bubble kinetics (bubble dynamics) problem, the impact generated by this underwater explosion is simulated by numerical calculation using the following Rayleigh bubble equation (Equation (1)). It is becoming possible.

Figure 2007131201
Figure 2007131201

ここで、Rはバブル半径、R0は初期バブル半径、ρは外部流体の密度、Pa0は初期バブル内圧力、γは内部ガス体の比熱比、P1はバブル周囲圧力、μは外部流体の粘性、Tは外部流体の表面張力、そしてドットは時間微分を示す。なお、厳密には、内部ガス体の圧縮性の影響や熱的影響もある。   Here, R is the bubble radius, R0 is the initial bubble radius, ρ is the density of the external fluid, Pa0 is the initial bubble internal pressure, γ is the specific heat ratio of the internal gas body, P1 is the bubble ambient pressure, μ is the viscosity of the external fluid, T is the surface tension of the external fluid, and dots are time derivatives. Strictly speaking, there are also effects of compressibility of the internal gas body and thermal effects.

水中爆発の場合は、このバブルの内部は、爆発で発生した気体で満たされることになる。   In the case of an underwater explosion, the inside of the bubble is filled with the gas generated by the explosion.

図2に、0.25kg(0.55lb[ポンド])のTNT炸薬が水深91m(300ft[フィート])で爆発した場合について、水中爆発時のバブル衝撃波による衝撃圧をシミュレーションした結果を示す。この場合は、爆発によって生じるバブルの最大径は約0.6mとなり、バブルのリバウンド周期は約30msであり、周波数では約33Hzとなった。この図2の例では、Eの時点で爆発衝撃波を受けると、B点で示すように、気泡界面圧力が約30ms(ミリセコンド)周期で急上昇し、バブルが急激に膨張する。この気泡界面圧力とその時のバブル径は、時間の経過と共に、徐々に減衰していくことが分かる。   FIG. 2 shows the result of simulating the impact pressure due to bubble shock waves during an underwater explosion when a 0.25 kg (0.55 lb [lb]) TNT glaze explodes at a water depth of 91 m (300 ft [ft]). In this case, the maximum bubble diameter generated by the explosion was about 0.6 m, the bubble rebound period was about 30 ms, and the frequency was about 33 Hz. In the example of FIG. 2, when an explosion shock wave is received at the time point E, as shown by point B, the bubble interface pressure suddenly rises at a period of about 30 ms (milliseconds), and the bubbles expand rapidly. It can be seen that the bubble interface pressure and the bubble diameter at that time gradually attenuate with the passage of time.

一方、マイクロバブルなどの微細なバブルにより、圧力波である水中音を遮蔽できることが知られている。これは、気泡等のバブルが水中音の周波数に共振して水中音のエネルギーを吸収するためである。   On the other hand, it is known that underwater sound that is a pressure wave can be shielded by fine bubbles such as microbubbles. This is because bubbles such as bubbles resonate with the frequency of the underwater sound and absorb the energy of the underwater sound.

例えば、横軸に気泡(内部が空気であるバブル)の径を縦軸に気泡の数を示した図3の気泡分布の場合に、1cm厚さの気泡層を通過した時の音圧の減衰量(A)を図4にデシベル(dB)表示で示す。この図4によれば、気泡径が30ミクロン(μ)程度のマイクロバブルが流体中に含まれている場合には、50kHz以上の高周波数の音圧は殆ど減衰してしまうことが分かる。   For example, in the case of the bubble distribution of FIG. 3 in which the horizontal axis indicates the diameter of bubbles (bubbles whose inside is air) and the vertical axis indicates the number of bubbles, the sound pressure attenuation when passing through a 1 cm-thick bubble layer The quantity (A) is shown in decibel (dB) in FIG. According to FIG. 4, it can be seen that when microbubbles having a bubble diameter of about 30 microns (μ) are included in the fluid, the sound pressure at a high frequency of 50 kHz or more is almost attenuated.

そして、この時のバブルの共振周波数fとバブル径Rの関係は、ミナートの式(数式(2))で計算することができる。   The relationship between the bubble resonance frequency f and the bubble diameter R at this time can be calculated by Minato's formula (Formula (2)).

Figure 2007131201
Figure 2007131201

ここで、Rはバブル半径、ρは外部流体の密度、γは内部ガス体の比熱比、P1はバブル周囲圧力である。   Here, R is the bubble radius, ρ is the density of the external fluid, γ is the specific heat ratio of the internal gas body, and P1 is the bubble ambient pressure.

本発明者らは、上記の知見を得て、このバブルによる遮音の原理を水中爆発によるバブル衝撃波に対する衝撃緩和に利用することを考えた。   The present inventors have obtained the above knowledge, and have considered to use the principle of sound insulation by bubbles for relaxation of shocks against bubble shock waves caused by underwater explosions.

例えば、図2の水中爆発では周波数が33Hzであるので、この周波数33Hzに共振する気泡(空気を内部ガス体とするバブル)の半径は、数式(2)より約10cmとなる。従って、半径約10cm程度の気泡を船体等の衝撃受容体の周囲に配置し、包み込むことにより、水中爆発で発生するバブル衝撃波のエネルギーを吸収して、衝撃受容体に到達するバブル衝撃波を減衰させることが可能であると考えられる。   For example, since the frequency in the underwater explosion of FIG. 2 is 33 Hz, the radius of a bubble (bubble having air as an internal gas body) resonating at this frequency of 33 Hz is about 10 cm from Equation (2). Therefore, by disposing a bubble with a radius of about 10 cm around an impact receptor such as a hull and enclosing it, the energy of the bubble shock wave generated by the underwater explosion is absorbed and the bubble shock wave reaching the impact receptor is attenuated. It is considered possible.

従って、船体等の衝撃受容体を、被爆直前に、水中爆発で発生したバブル衝撃波を減衰させるバブルで瞬時に覆うことにより、衝撃受容体のバブル衝撃波によるダメージを軽減若しくは回避することができる。   Therefore, by immediately covering the impact receptor such as the hull with a bubble that attenuates the bubble shock wave generated by the underwater explosion immediately before the explosion, damage due to the bubble shock wave of the impact receptor can be reduced or avoided.

なお、魚雷に対する防御システムとして、魚雷防御用ネットを船舶から発射して、ネットを海中で垂直状に展開し、重りに内蔵した騒音の発信器で魚雷をネットに誘い込んで、魚雷をネットで捕獲するネット式魚雷防御システムが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   In addition, as a torpedo defense system, a torpedo defense net is fired from a ship, the net is deployed vertically in the sea, and a torpedo is sent to the net with a noise transmitter built in the weight to capture the torpedo on the net. A net-type torpedo defense system has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、船体周囲に泡を発生させる方法や装置としては、発泡の目的やバブルの作用効果やバブル径が異なるが、船舶の摩擦抵抗減少用に多数の気泡発生装置が提案されている(例えば、特許文献2〜5参照。)。しかしながら、これらの泡にはマイクロバブル等の微小気泡を使用することが多く、本発明のバブル衝撃波による衝撃緩和のバブルとはそのバブルの径や利用する特性が大きく異なる。
特開平6−135382号公報 特開2003−160091号公報 特開2000−168673号公報 特開平11−321775号公報 特開平9−328095号公報
In addition, as a method and apparatus for generating bubbles around the hull, although the purpose of foaming, the effect of bubbles and the bubble diameter are different, many bubble generating devices have been proposed for reducing the frictional resistance of ships (for example, (See Patent Documents 2 to 5.) However, these bubbles often use microbubbles such as microbubbles, and the diameter of the bubbles and characteristics to be used are greatly different from those of the present invention.
JP-A-6-135382 JP 2003-160091 A JP 2000-168673 A JP-A-11-321775 JP-A-9-328095

本発明は、上記の知見を得て、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、艦船などにおいて、機雷や魚雷などの水中爆発によって生じるバブル衝撃波による船体への水中爆発衝撃を、バブル衝撃波のエネルギーを吸収するバブルを利用して緩和する水中衝撃緩和方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems by obtaining the above knowledge, and its purpose is to underwater explosion to the hull due to bubble shock waves generated by underwater explosions such as mines and torpedoes in ships. An object of the present invention is to provide an underwater impact mitigation method for mitigating an impact by utilizing a bubble that absorbs energy of a bubble shock wave.

上記の目的を達成するための本発明の水中衝撃緩和方法は、水中爆発によって生じるバブル衝撃波の水中で伝播エネルギーを吸収するエネルギー吸収体で、衝撃受容体の一部又は全部を覆うことにより衝撃受容体への水中爆発による衝撃を緩和する方法である。   The underwater impact mitigation method of the present invention for achieving the above object is an energy absorber that absorbs propagation energy of a bubble shock wave generated by underwater explosion in water, and covers the impact receptor by covering part or all of the impact receptor. It is a method to reduce the impact of underwater explosions on the body.

このエネルギー吸収体としては、バブルや弾性体が考えられる。この水中衝撃緩和方法によれば、バブル衝撃波のエネルギーを吸収できるので、船体等の衝撃受容体をバブル衝撃波から保護できる。   As this energy absorber, a bubble or an elastic body can be considered. According to this underwater shock mitigation method, the energy of bubble shock waves can be absorbed, so that shock receivers such as hulls can be protected from bubble shock waves.

上記の水中衝撃緩和方法で、前記エネルギー吸収体を、バブル衝撃波の振動に共振することによりバブル衝撃波のエネルギーを吸収するエネルギー吸収体とすると、この方法によれば、共振により効率よく衝撃波エネルギーを吸収できるので、非常に効果的に水中爆発による衝撃を緩和できる。   When the energy absorber is an energy absorber that absorbs the energy of the bubble shock wave by resonating with the vibration of the bubble shock wave in the above-described underwater shock mitigation method, according to this method, the shock wave energy is efficiently absorbed by the resonance. Since it can, it can relieve the impact of underwater explosions very effectively.

上記の水中衝撃緩和方法で、前記エネルギー吸収体として、10Hz〜100Hz程度の周波数に共振するエネルギー吸収体を使用すると、現在使用されていると見られる機雷や魚雷の水中爆発で発生するバブル衝撃波の周期がこの間に入るので、著しく効果的である。   In the above-described underwater shock mitigation method, if an energy absorber that resonates at a frequency of about 10 Hz to 100 Hz is used as the energy absorber, bubble shock waves generated by underwater explosions of mines and torpedoes that are considered to be currently used. Since the period enters this period, it is remarkably effective.

この水中爆発で発生するバブル衝撃波の周期は、炸薬量や爆発時の水深などによって変化するが、機雷や魚雷などの炸薬量(爆発力)や使用深度が推定できるので、レイリーの式(数式(1))を用いてシミュレーション計算により推定できる。   The period of the bubble shock wave generated by this underwater explosion varies depending on the amount of glaze and the water depth at the time of the explosion, but since the amount of glaze (explosive power) and usage depth of mines and torpedoes can be estimated, the Rayleigh equation (formula ( 1)) and can be estimated by simulation calculation.

上記の水中衝撃緩和方法で、前記エネルギー吸収体を、バブルで形成すると、容易に多量のエネルギー吸収体を発生することができる。   When the energy absorber is formed with bubbles by the underwater impact mitigation method, a large amount of energy absorber can be easily generated.

なお、ここでいうバブルとは、内部にガス体を有し、周囲圧力の変動によって全体としての体積が膨張及び収縮することができるものをいう。このバブルの周囲は内部のガス体の体積の膨張及び収縮を許容できる物質であれば、液体でも固体でもあってよい。   In addition, a bubble here has a gas body inside, and means that the volume as a whole can expand | swell and shrink | contract by the fluctuation | variation of ambient pressure. The bubble may be liquid or solid as long as it is a substance that can allow expansion and contraction of the volume of the internal gas body.

なお、このバブルは内部に空気やエンジンの排気ガス等を含む以外のものでもよいが、内部に空気を含む気泡の場合には、気泡径が、10cmφ〜100cmφ程度であり、摩擦抵抗減少用の気泡に比べて非常に大きいので、浮力も大きく、また、小径の気泡に分裂し易いので、長時間の間、衝撃受容体の周囲に留めておくことが難しい。   This bubble may be other than the one containing air, engine exhaust gas, etc., but in the case of a bubble containing air inside, the bubble diameter is about 10 cmφ to 100 cmφ for reducing frictional resistance. Since it is very large compared to bubbles, it has a large buoyancy and is easy to break up into small diameter bubbles, so it is difficult to keep it around the impact receptor for a long time.

そのため、ポリマーなどの密度(ρ)及び粘度(μ)が大きい物質で薄い膜や厚い膜で空気を包んだり、全体をポリマー(ゲル)等で形成したり、それらを内部に含んだりしたバブルを形成したり、比熱比(γ)が空気(γ=1.4)よりも小さいエーテル(γ=1)等のガスを包んだバブルを形成したりして、これらを水中や海中に放出すれば、浮力が小さく比較的長時間の間、衝撃受容体の周囲に留めておくことができる小さい径のバブルでも衝撃緩和効果を得ることができるようになる。   For this reason, it is possible to enclose bubbles with a thin film or thick film made of a substance having a high density (ρ) and viscosity (μ), such as a polymer, or to form a bubble that contains the whole with a polymer (gel) or the like. If they are formed, or a bubble enveloping a gas such as ether (γ = 1) whose specific heat ratio (γ) is smaller than air (γ = 1.4) is released into water or sea The impact relaxation effect can be obtained even with a small diameter bubble that has a small buoyancy and can be kept around the impact receptor for a relatively long time.

また、ガスを内臓した薄い金属膜の球体を使用すると、比較的自由に選択されたエネルギー吸収特性を持つ球体を製造でき、しかも、重さと浮力とバランスを調整し易いので、沈降速度や浮上速度を適切なものとすることが比較的容易にでき、比較的長時間の間、衝撃受容体の周囲に留めておくことができ、大きな衝撃緩和効果を得ることができるようになる。   In addition, the use of thin metal film spheres containing gas makes it possible to produce spheres with relatively freely selected energy absorption characteristics, and it is easy to adjust the balance of weight, buoyancy, and so on. Can be made relatively easy, and can be kept around the impact receptor for a relatively long time, so that a large impact relaxation effect can be obtained.

この内部に空気以外の物質を含む場合には、レイリーの気泡運動方程式の基本式(数式(1))を用いて、数値計算でシミュレーションすることにより、共振周波数を求めることができる。この基本式(数式(1))を支配するパラメータとして、外部流体の密度、内部ガス体の密度、周囲圧力、半径、外部流体の粘度、内部ガス体の粘度、表面張力、比熱比、体積弾性率、拡散係数などを取り扱い、パラメータスタディにより振動エネルギーが大きくなる値を求め、データベースを作成し、対象とする水中爆発で発生するバブル衝撃波の振動に共振するバブルとその径を求めることができる。   When a substance other than air is contained inside, the resonance frequency can be obtained by performing numerical simulation using the basic equation (Equation (1)) of Rayleigh's bubble motion equation. Parameters governing this basic formula (Formula (1)) include external fluid density, internal gas body density, ambient pressure, radius, external fluid viscosity, internal gas body viscosity, surface tension, specific heat ratio, and bulk elasticity. It is possible to handle the rate, diffusion coefficient, etc., obtain a value that increases vibration energy by parameter study, create a database, and find the bubble that resonates with the vibration of the bubble shock wave generated by the target underwater explosion and its diameter.

そして、この径及びこの径の周辺の径のバブルを発生することにより、大きな衝撃緩和効果を得るできる。   And the big impact relaxation effect can be acquired by generating the bubble of the diameter of this diameter and the periphery of this diameter.

また、上記の水中衝撃緩和方法で、前記衝撃受容体が船舶又は潜水艦である場合には、この船舶又は潜水艦を機雷や魚雷の水中爆発から防護することができるようになる。   Further, in the underwater impact mitigation method, when the impact receptor is a ship or a submarine, the ship or submarine can be protected from an underwater explosion of a mine or a torpedo.

本発明の水中衝撃緩和方法によれば、艦船などの衝撃受容体を、機雷や魚雷などの水中爆発によって生じるバブル衝撃波のエネルギーを吸収するエネルギー吸収体で覆って、衝撃受容体に到達するバブル衝撃波のエネルギーを減少させることができるので、衝撃受容体への水中爆発による衝撃をエネルギー吸収体を利用して緩和することができる。   According to the underwater shock mitigation method of the present invention, an impact receptor such as a ship is covered with an energy absorber that absorbs energy of a bubble shock wave generated by an underwater explosion such as a mine or a torpedo, and a bubble shock wave that reaches the impact receptor. Therefore, the impact due to the underwater explosion on the impact receptor can be mitigated by using the energy absorber.

また、このエネルギー吸収体を、バブル衝撃波の周波数に共振する気泡などのバブルで形成することにより、効率よく水中爆発による衝撃のエネルギーを吸収して、衝撃受容体への水中爆発による衝撃を緩和することができる。   In addition, by forming this energy absorber with bubbles, such as bubbles that resonate at the frequency of the bubble shock wave, it efficiently absorbs the energy of impacts caused by underwater explosions and mitigates impacts caused by underwater explosions on impact receptors. be able to.

以下、本発明に係る水中衝撃緩和方法の実施の形態について、衝撃受容体が船舶の場合について、エネルギー吸収体として気泡を採用した場合について説明する。   Hereinafter, an embodiment of the underwater impact mitigation method according to the present invention will be described in the case where bubbles are adopted as an energy absorber when the impact receptor is a ship.

図1に、気泡による船舶への水中爆発による衝撃の緩和の様子を示す。この図に示すように、水中爆発で発生した爆発バブルBの振動によって生じる衝撃波(圧力波)Wを船舶1の周囲のバブルAで防御する。つまり、爆発バブルBから伝播してくる衝撃波のエネルギーをこの衝撃波の振動に共振するバブルAで吸収し、船舶1の船体に到達する衝撃波エネルギーを軽減する。   FIG. 1 shows a state of relaxation of an impact caused by an underwater explosion on a ship due to bubbles. As shown in this figure, a shock wave (pressure wave) W generated by vibration of an explosion bubble B generated by an underwater explosion is protected by a bubble A around the ship 1. That is, the energy of the shock wave propagating from the explosion bubble B is absorbed by the bubble A that resonates with the vibration of the shock wave, and the shock wave energy reaching the hull of the ship 1 is reduced.

なお、バブルAもエネルギーを吸収し膨張収縮を繰り返すことになるが、個々のバブルAが吸収するエネルギーは爆発バブルBから放射される衝撃エネルギーに比べて小さく、また、バブルAのエネルギーは周囲の流体の振動で流体側に伝わり減衰するので、船舶1に対するダメージは衝撃波エネルギーによるダメージに比べれば殆ど無いといえる。   The bubble A also absorbs energy and repeats expansion and contraction, but the energy absorbed by each bubble A is smaller than the impact energy radiated from the explosion bubble B, and the energy of the bubble A is the surrounding energy. Since it is transmitted to the fluid side due to the vibration of the fluid and attenuates, it can be said that there is almost no damage to the ship 1 compared to the damage by the shock wave energy.

船舶の防護部分に、図1に示すようなバブル発生装置20を設ける。このバブル発生装置20は、水中爆発によって生じるバブル衝撃波Bを減衰させる泡を発泡させる気泡発生装置であるが、その発生する気泡Aは、バブル衝撃波Bの周波数に共振する泡を発生させる。   A bubble generating device 20 as shown in FIG. 1 is provided in the protection portion of the ship. The bubble generating device 20 is a bubble generating device that foams bubbles that attenuate the bubble shock wave B generated by the underwater explosion. The generated bubbles A generate bubbles that resonate with the frequency of the bubble shock wave B.

このバブル発生装置20では、バブル生成室21に、ポンプ23と開閉弁24を備えた大気解放の配管22を接続して構成する。このバブル生成室21は船内に設けられたバブル生成用の箱であり、船体表面1fに設けられたスリット状又は船体表面1fに配管されたパイプ状のバブル吹き出し装置25と連通している。   This bubble generating device 20 is configured by connecting a bubble generating chamber 21 to an atmosphere release pipe 22 having a pump 23 and an opening / closing valve 24. The bubble generating chamber 21 is a bubble generating box provided in the ship and communicates with a slit-like bubble blowing device 25 provided on the hull surface 1f or a pipe-like bubble blowing device 25 piped on the hull surface 1f.

そして、魚雷2が爆発することが予想された時に、開閉弁24を開弁してポンプ23を作動させると、空気を大気中から吸い込んで配管22経由でバブル生成室21に送り込む。このバブル生成室21では室内のノズル(図示しない)により、あるいは、バブル吹き出し装置25のスリット状開口部やパイプ状開口部により、バブル衝撃波Bの10Hz〜100Hz程度の周波数に共振するバブルAを生成し、このバブルAをバブル吹き出し装置25から船体表面1fに放出する。   When the torpedo 2 is expected to explode, when the on-off valve 24 is opened and the pump 23 is operated, air is sucked from the atmosphere and sent into the bubble generation chamber 21 via the pipe 22. In the bubble generation chamber 21, a bubble A that resonates with a frequency of about 10 Hz to 100 Hz of the bubble shock wave B is generated by an indoor nozzle (not shown) or by a slit-like opening or a pipe-like opening of the bubble blowing device 25. Then, the bubble A is discharged from the bubble blowing device 25 to the hull surface 1f.

このバブル衝撃波Bの周波数に共振するバブルAの径は、気泡でない場合は、レイリーの式(数式(1))で算出できる。気泡の場合はバブルAの内部を空気とし、外部流体を海水として、ミナートの式(数式(2))で算出できる。   The diameter of the bubble A that resonates with the frequency of the bubble shock wave B can be calculated by the Rayleigh equation (formula (1)) when the bubble is not a bubble. In the case of bubbles, the inside of the bubble A is air, and the external fluid is seawater, which can be calculated by Minato's formula (Formula (2)).

Figure 2007131201
Figure 2007131201

Figure 2007131201
Figure 2007131201

ここで、Rはバブル半径、R0は初期バブル半径、ρは外部流体の密度、Pa0は初期バブル内圧力、γは内部ガス体の比熱比、P1はバブル周囲圧力、μは外部流体の粘性、Tは外部流体の表面張力、そしてドットは時間微分を示す。   Here, R is the bubble radius, R0 is the initial bubble radius, ρ is the density of the external fluid, Pa0 is the initial bubble internal pressure, γ is the specific heat ratio of the internal gas body, P1 is the bubble ambient pressure, μ is the viscosity of the external fluid, T is the surface tension of the external fluid, and dots are time derivatives.

そして、このバブルAの径は、空気を内包する場合は10cmφ〜100cmφ程度となる。このバブル径は、バブル生成室21の室内のノズルの開口部、あるいは、バブル吹き出し装置25のスリット状開口部やパイプ状開口部の、形状、大きさ、開口部の種類(形状変化、大きさの変化等による種類)、開口部の分布密度、開口部の位置、開口方向等と、バブル生成室21に供給される空気の供給量、圧力、空気温度と、周囲の海水温度、水深、船速等との関係によって定まる。   The diameter of the bubble A is about 10 cmφ to 100 cmφ when air is included. The bubble diameter is determined by the shape, size, and type of opening (shape change, size) of the nozzle opening in the bubble generating chamber 21 or the slit-like opening or the pipe-like opening of the bubble blowing device 25. The distribution density of the opening, the position of the opening, the opening direction, etc., the supply amount of air supplied to the bubble generation chamber 21, the pressure, the air temperature, the surrounding seawater temperature, the water depth, the ship It depends on the relationship with speed etc.

従って、保護すべき船舶1に対して、予め実験やシミュレーション計算等により、これらのパラメータに関して、適切な大きさの分布を持ち、かつ、適切な量のバブルAが得られる範囲を求めておき、適切な形状、大きさ、分布密度、配置を持つ開口部を設けると共に、バブルAの発生時に、空気量等のパラメータを適宜選択して、その状況にあった適切な径の分布を持つた適切な量のバブルAを発生させる。   Therefore, for a ship 1 to be protected, a range in which an appropriate amount of bubble A is obtained and an appropriate amount of bubble A is obtained with respect to these parameters is obtained in advance through experiments and simulation calculations. Provide an opening with an appropriate shape, size, distribution density, and arrangement, and select appropriate parameters such as the amount of air when bubbles A are generated, and have an appropriate diameter distribution that suits the situation. A large amount of bubble A is generated.

この船外に放出されたバブルAは、浮上しながら船体表面1fを覆い、バブルAで船舶1の重要な部分を包み込む。   The bubble A discharged to the outside of the ship covers the hull surface 1 f while rising and wraps an important part of the ship 1 with the bubble A.

そして、魚雷2等が水中爆発して爆発バブルBが発生し、バブル衝撃波Wを発生した場合に、船体を包んだバブルAが、バブル衝撃波Wの周波数と共振し、衝撃ネルギーを吸収する。これにより、船体への衝撃を緩和して船舶1の重要部分を保護する。   When the torpedo 2 or the like explodes in water and an explosion bubble B is generated to generate a bubble shock wave W, the bubble A enveloping the hull resonates with the frequency of the bubble shock wave W and absorbs the impact energy. Thereby, the impact to a hull is relieve | moderated and the important part of the ship 1 is protected.

また、バブルダイナミックスの数式(1)を支配するパラメータとしては、密度、周囲圧力、半径、粘度、表面張力、比熱比、体積弾性率、拡散係数などがあるので、パラメータを変化させたシミュレーションを行うことで、振動エネルギーを吸収できる泡を特定して使用すると、より大きな衝撃緩和効果を得ることができ、より効率的な水中衝撃緩和方法を提供できる。   The parameters governing bubble dynamics equation (1) include density, ambient pressure, radius, viscosity, surface tension, specific heat ratio, bulk modulus, diffusion coefficient, and so on. By doing and specifying and using bubbles that can absorb vibration energy, a greater impact mitigating effect can be obtained, and a more efficient underwater impact mitigating method can be provided.

特に、空気を内包する泡では、気泡径が大きくなるため、密度の大きいポリマーや、比熱比の小さいガス、例えば、γ=1.4の水蒸気の代わりにγ=1.0のエーテルのガス体等で泡を形成すると、泡径が小さい泡でも衝撃緩和効果が得られるようになる。また、回収が必要であるが、ガスを内蔵した金属球でも原理的には可能である。   Particularly, in the case of bubbles containing air, since the bubble diameter becomes large, a polymer having a high density or a gas having a small specific heat ratio, for example, a gas body of ether having γ = 1.0 instead of water vapor having γ = 1.4. If the bubbles are formed by, for example, an impact relaxation effect can be obtained even with bubbles having a small bubble diameter. In addition, although recovery is necessary, a metal sphere containing gas is also possible in principle.

本発明に係る水中爆発による衝撃の緩和方法を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mitigation method of the impact by the underwater explosion which concerns on this invention. 数値シミュレーション結果の水中爆発の圧力変化の時系列を示す図である。It is a figure which shows the time series of the pressure change of the underwater explosion of a numerical simulation result. 気泡分布を示す図である。It is a figure which shows bubble distribution. 図3の気泡分布を持つ気泡群による水中音の遮蔽効果を示す図である。It is a figure which shows the shielding effect of the underwater sound by the bubble group which has the bubble distribution of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 船舶
1f 船体表面
2 魚雷
20 バブル発生装置
21 バブル生成室
22 配管
23 ポンプ
24 開閉弁
25 バブル吹き出し装置
A バブル
B 爆発バブル
W バブル衝撃波
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ship 1f Hull surface 2 Torpedo 20 Bubble generator 21 Bubble generation chamber 22 Piping 23 Pump 24 On-off valve 25 Bubble blowing device A Bubble B Explosion bubble W Bubble shock wave

Claims (4)

水中爆発によって生じるバブル衝撃波の水中で伝播エネルギーを吸収するエネルギー吸収体で、衝撃受容体の一部又は全部を覆うことにより衝撃受容体への水中爆発による衝撃を緩和する水中衝撃緩和方法。   An underwater impact mitigation method for mitigating an impact caused by an underwater explosion on an impact receptor by covering a part or all of the impact receptor with an energy absorber that absorbs propagation energy of bubble shock waves generated by underwater explosion in water. 前記エネルギー吸収体を、バブル衝撃波の振動に共振することによりバブル衝撃波のエネルギーを吸収するエネルギー吸収体とすることを特徴とする請求項1記載の水中衝撃緩和方法。   2. The underwater impact mitigation method according to claim 1, wherein the energy absorber is an energy absorber that absorbs energy of a bubble shock wave by resonating with vibration of the bubble shock wave. 前記エネルギー吸収体を、バブルで形成することを特徴とする請求項1〜2のいずれか1項に記載の水中衝撃緩和方法。   The underwater impact mitigation method according to claim 1, wherein the energy absorber is formed of bubbles. 前記衝撃受容体が船舶又は潜水艦であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の水中衝撃緩和方法。
The underwater impact mitigation method according to claim 1, wherein the impact receptor is a ship or a submarine.
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