水中兵器の弾頭は多くの場合円筒形の炸薬を使用しているが、従来の等価球体仮定は遠方場の工学的背景にのみ適用される。本稿は衝撃波の極曲線理論に基づき、炸薬と水の界面における爆轟波の反射および透過メカニズムを明らかにし、初期の衝撃波圧力形成機構を解明した。さらに、任意ラグランジュ・オイラー（ALE）三次元数値シミュレーションモデルを構築し、中心起爆条件下での長径比（1.5:1〜4:1）および方向効果（0°〜90°）が無次元爆距1〜20の範囲における衝撃波荷重特性に与える影響を体系的に研究し、理論解析、経験式、実験データによりモデルの有効性を検証した。研究結果は、円筒形炸薬爆発後の衝撃波初期形状が楕円体形状であり、長径比が大きくなるほど軸方向と半径方向の伝播速度差が大きくなることを示した。ピーク圧力は近接場で顕著な方向効果を持ち、初期ピーク圧力最大値は軸方向に位置し、爆距離増加に伴い徐々に半径方向へ移動し、等価球形炸薬より高い。方位転移現象はエネルギー分布の幾何学的差異、希薄波と圧縮波の相互作用、非同期重ね合わせ効果の三つの観点から説明可能である。衝撃量は長径比および方向効果の影響が小さく、ピーク圧力と減衰時間の複合作用により各方向の衝撃量は均一化する傾向にある。エネルギー流密度の変化傾向はピーク圧力に類似するが、全体として円筒形炸薬の全方位損傷効率は等価球形炸薬より低く、その原因は非同期重ね合わせ効果にある。本研究は円筒形弾頭の最適設計、威力評価および艦船爆発防護設計の理論的基礎を提供する。

水中爆発;円筒形炸薬;衝撃波;長径比;衝撃波極曲線;数値シミュレーション