Da in Unterwasserwaffenkriegsführungen häufig zylindrische Sprengstoffe verwendet werden, während die traditionelle Annahme der äquivalenten Kugel nur für das Fernfeld des ingenieurtechnischen Hintergrunds gilt, offenbart dieser Artikel basierend auf der Theorie der polaren Stoßwellenkurven die Reflexions- und Transmissionsmechanismen der Detonationswelle an der Grenzfläche zwischen Sprengstoff und Wasser und erklärt die Entstehungsmechanismen des Anfangsdrucks der Stoßwelle; darüber hinaus wird ein beliebiges Lagrange-Euler (ALE) dreidimensionales numerisches Simulationsmodell aufgebaut, um systematisch die Einflüsse des Längen-Durchmesser-Verhältnisses (1,5:1~4:1) und der Richtungseffekte (0°~90°) unter zentraler Zündbedingung auf die Eigenschaften der Stoßwellenlast innerhalb des dimensionslosen Explosionsabstands von 1 bis 20 zu untersuchen, und über theoretische Analysen, empirische Formeln sowie Versuchsdaten die Modellvalidität zu bestätigen. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Stoßwelle nach der Explosion des zylindrischen Sprengstoffs initial eine ellipsoide Form aufweist, je größer das Längen-Durchmesser-Verhältnis ist, desto größer ist der Unterschied zwischen axialer und radialer Ausbreitungsgeschwindigkeit; der Spitzenwert des Drucks zeigt im Nahfeld einen signifikanten Richtungseffekt, wobei der maximale anfängliche Spitzenwert axial liegt und mit zunehmendem Explosionsabstand allmählich in die radiale Richtung übergeht und höher ist als bei äquivalentem kugelförmigem Sprengstoff. Dieses Richtungsverschiebungsphänomen lässt sich auf drei Ebenen erklären: geometrische Unterschiede in der Energieverteilung, Wechselwirkung von seltenen und Kompressionswellen sowie asynchrone Überlagerungseffekte. Der Impuls wird weniger vom Längen-Durchmesser-Verhältnis und Richtungseffekten beeinflusst, da die Kombination aus Spitzenwertdruck und Abklingzeit den Impuls in allen Richtungen auszugleichen tendiert. Der Energieflussdichteverlauf ähnelt dem des Spitzenwertdrucks, insgesamt ist jedoch die allseitige Zerstörungseffizienz des zylindrischen Sprengstoffs geringer als die des äquivalenten kugelförmigen, was auf den Effekt der asynchronen Überlagerung zurückzuführen ist. Diese Studie bietet eine theoretische Grundlage für die optimierte Gestaltung zylindrischer Gefechtsköpfe, die Bewertung der Sprengkraft und den Schutz von Schiffen gegen Explosionen.

Unterwasserexplosion;Zylindrischer Sprengstoff;Stoßwelle;Längen-Durchmesser-Verhältnis;Polare Stoßwellenkurven;Numerische Simulation