수중 무기 탄두가 주로 원통형 폭약을 사용하는 반면, 전통적인 등가 구형 가정은 원거리 공학 배경에만 적용되는 점을 감안하여, 본 논문은 충격파 극곡선 이론을 기반으로 폭약과 물 경계면에서 폭발파의 반사 및 투과 메커니즘을 밝혀내고 초기 충격파 압력 형성 기작을 설명하였다. 이어서 임의 라그랑주-오일러(ALE) 3차원 수치 시뮬레이션 모델을 구축하여 중심 폭발 조건 하에서 장경비(1.5:1~4:1) 및 방향 효과(0°~90°)가 무차원 폭발거리 1~20 범위 내 충격파 하중 특성에 미치는 영향을 체계적으로 연구하였으며, 이론 분석, 경험식 및 실험 데이터로 모델의 유효성을 검증하였다. 연구 결과 원통형 폭약 폭발 후 초기 충격파는 타원체 형태를 띠며, 장경비가 클수록 축방향과 반경방향 전파 속도 차이가 커졌다. 최대 압력은 근장거리에서 유의한 방향 효과를 나타내며, 초기 최대 압력은 축방향에서 가장 크고 폭발거리가 증가함에 따라 점차 반경방향으로 이동하며 등가 구형 폭약보다 높았다. 이 방향 전이는 에너지 분포 기하학적 차이, 희박파와 압축파 상호작용, 비동기 중첩 효과 3가지 관점에서 설명 가능하다. 충격량은 장경비 및 방향 효과의 영향이 상대적으로 적으며, 최대 압력과 감쇠 시간의 복합 작용으로 각 방향의 충격량은 균일해지는 경향이 있다. 에너지 흐름 밀도 변화 추세는 최대 압력과 유사하나, 전반적으로 원통형 폭약의 전방향 피해 효율은 등가 구형 폭약보다 낮으며, 이는 비동기 중첩 효과에서 기인한다. 본 연구는 원통형 탄두 최적 설계, 위력 평가 및 함선 폭발 방호 설계에 이론적 근거를 제공한다.

수중 폭발;원통형 폭약;충격파;장경비;충격파 극곡선;수치 시뮬레이션