水中爆発 ガス球の高速度撮影

研 究 脱 文

水中爆発 ガス球の高速度撮影

中 山 良 男 +. 生 沼 仙 三 +, 田 中 一 三 ●

圧墳 したテ HJル

〆ラ. Lの水中爆発に よるガス球の床勤現象の高速庇写井粒形を行い. 〟 ス球半径の時間変化を検肘 した｡実験値は.水の正輯性 と生攻 ガスの内部エネルギーを考慮 し た故俵解 と比較 した｡その括果, ガス球 の陳動周1 軌 最大半径は,襲故位 とよく一致 した｡ し か しガス球半径 と時間の関取 こついては.ガス球の野蛮半径が最大にな った披. 計 ^{井億 と実輸}

値の轟が大 きくな った｡ これは,嬢薬の形状,水深等の紺 に よるもの と思われ る｡ また. u ス球の虫大 野 蚤半径から井出 した折勤周期は,

鼓 した｡

1 . は じめに

爆 先エネルギーの測定法 として.近年水中爆発を利 用 した方法が注 目されている｡ この方法は t = ' ‑ I /y‑

ジに よ り水中術中汝の圧 力波形を脚定 し.発生 した最 初のJ:7' ルパルスの時間間閑を求めて爆発生成ガスの エネルギーを評価す る｡ この時間間隔 Tbとガスのバ ブルエ ネルギ Y は以下 の関係式で表 され る｡

a

m . x =

( 1 )

Y=

P

( 2 )

ど‑ I /圧力 ゲージか ら求めた麻肋周期に良 く‑

が田無なので,( I ) 式の Tbか ら0. , I . Iを求めてい る｡ ガ ス球の叔大半径 も含めて,その時間変化を検討す る方 法 としては.屈辱 プF ･‑プ法や届音波の伝播.水中花 乾の変化を調べ る方法お よび放射線投影法な どが考え られ が ) ｡ ここ{･ は攻 も一般的な方法であ る高速度写 累投彫故 に よ りガス球の脈動を検肘 した｡高速度写iE 投影 につ いては

の 葡岱 Hに餌管や水深

メー

トルでの チ トー )ル

の水 中倫為の塊洲値が紹介 さ れている｡

Tab一e 1 Experimentalconditions

No. ExplosiyeS

C

血

g 一m

m m frames/S

1 ‑1

'

0.1 1

. 5 0

r

y

'

yI '

1

6 2‑1 DetOnator 0.6 0.69 0.85

2 2781 2‑2 DetorLatOT 0.6 0.⁶⁹ 0.85 2 27

33 'Tetryuslearicadd･594/

6,densityz51.559cc

ここに

m = ガス球の虫大半怪.L b‑ 静水E E

水の帝庇. 1 ㌔ =ガス球 の叔大体乱

5であ る｡ これ らの式か ら.爆発生成 uスのエネルギを評価 す る直嬢的な方法 として

式におけるガス球の最大

半 径 O. nIを実 測す る こ とが考

え られ る｡ 通常 はそ れ

月2

日受理

● 化学技術研究所 安全化学部

茨城爪つ くは 市 来 1‑ 1

TEL 0298‑54‑4793

本報告 {

･ は.

の乗取 よ りも比較的投い水深 (

‑1.5

メー トル)におけ る

グラム壕庇の発見の水 中爆 発を行い. ガス球の高速度写 英 粒 形の結果か ら. ガス 球半径の時間変化お よび験動周期をガス球の叔大野戟 半径か

ら井出 した結果について検肘す る｡

2

突放条件を

央験方法

lに示す｡ 使用 した水冊は把怪が

8m

.深 さ

mの円筒形{･ ある｡水中での写共投影に

際 しては水の透明度が間取 こなる

PEZ:p‑tlJtJDOW

Fig.1 ShematicdiagTW Oftheset‑up

の前 日に水槽の水(

約250㌔を全部いれ換えて透明な状 態で行った｡爆薬は高さど/ccの圧墳 したテ トlJル(20テ トリル/.51可,直径20En.簡鹿1.55

ステア IJ1/敬二94 /6)であ り, そ の起爆 には

t=

4.8msec t==28.7msec

勝

t=0.62msec

t= i.9msec t=12.1

msec

q z

D.

S

nt

q一司HJのdLld

t=19.8 msee t=22.9 msec t=25.6 msec Fig.3 I)ynamicsofasphericalgasbubblepro

ducedbythetmderwater exphsionofNo.6deton

ator0.6grams.

0 20 J10 60 90 100

℡I

P t

Fig.4 Acomparisonofexperimental

lydetermined bubbleradiuswi ththecdcda

50く一

爪

0 10 20 30

Fig.5 AcompansonoEexperin

e n t

ed bubbleradiuswiththecalcuhtedctzrvebas

ed ontJleRayleigheqt血 on

Theexplosive血喝 isNo.. 6detonabr0

.6

四 m S.

1)ル10グラムの噸合よりガス球はかな りはっき り写っ ている｡ ガス球は球状に膨衷 し

てい くが,その表面に は突瞳があ り

.あまりきれいではない｡ ガス球の収椿 がかな り進む とガス

体に含まれていたと患われる同体 成分の一部が放射状

に見えて くる｡最 も収縮 した時お よび再膨幼時のガス球の形状

は,比較的球形に近い｡

これらの船形 フィルムを映写

機で拡大投野 してガス球 の半径を求めた｡ uス球を大 きく投影する

ためフィル ムの上下方向の一部が欠けたので,其円鹿の

検討は行 っていないが.統甜 した抵西内ではガス球ははば

球形 {･あった｡そのため.ガス球半径の粥定はやむを

得ず 画面の柄方向に限定 した｡時間の基坤にはフィルム上に紀軽 されているタイム7‑カーを利用 した｡ ガス球

半径の時間変化をFig.4およびFig.5に示す｡ また. ガス球の庇大

半径.ガス球の膨破時間(起爆か ら最大 ガス半径に好やす るまで

の時間)お よび 3唖奴の方法 で求めた旅動周期の縫梁をTab

le2に示す｡

4.* *

4水中のガス.1ガス球半径の時問変化

球の運動方程式 として.非正椿性流体力 学式に基づいたRayldghの式 (文献 1

の妨 8専 (8.

5)(式を参照)3/2)･(4zr

I3).+(A,4･037;/

(

3)･bo･03+E(a)=Y (3) を考え

る｡内缶エネルギE(qJII

E

' 可 :p.dy (

)

,D=

.=

のガス球の体乱 P=体

前Y.に対するガスの圧力で ある｡(3

)式は水の正拒性を考慮 していないの{･.爆発 の初期には適用で

きない｡そのため

KHT

ア L)ン良の爆 発匝蛮特性を解析 し.その結果を用いてMaderのl 次元 ラグランジ

ーコー ドSIN6)に より水中衝撃波の解 析を行 った｡SINに よる解析は ガス球が初

約

,KHT

コー ドlこJ:るガス球の野鶴エネルギは 1243cd/gであ り,ガス球が初期半径の1

0倍 まで膨張 すると.(3)式のE(a)はチ トー)ルの膨破エネルギーの

4%まで叔少す る｡SIN の結 果 {.は.950FISで a=10.95c

tA,血IdL‑4.70×10ー3cEJF,Sとな った｡ こ れを初期半径 としてテ ト1)ル/ステア t)･

の平均値57.3msecとよく一致する｡最大半径につい ても.計昇億33.9ctq.実験値の平均値33.7clnとよく一 致 してい る｡ しか し膨戟時間につ いては.計昇伍 28.75msec.実験値26msecとな り,実験値が小 さく なった｡ ガス球半径 と時間の開尉 こついても.ガス球 の担架半径が広大になった後,計井伍 と実負債の藍が 大きくなった｡ これ らの計井値と契

扱

一方.留̀酌こついては点火萌.起爆秦そ して管体等 があるので.上述の解析は行わなかった｡そのかあ り に.(3)式{･内部エネルギーを魚祝 し,脈動周期が襲 輸総菜と‑政するような条件で数値計井を行った｡そ の計井結果をFig.5に破線{.示す｡比較的 よい一致を 示 している｡

4.2 ガス球の最大捗張半在から井tLlした旗動周期 について

〝ス球の高速度写iE投影の結果からガス球の億大膨 張半径を求めたの{･.(L)式 より脈動周期を昇出 した｡

T出血2に,ビェー/圧力ゲージから求めた脈動周期(T^). 船影速度か ら推定 した脈動周期

(T

T

T

収大野戟半径の榊定誤蓮は,テ トl)ルの場合には, 両面の水平方向の長さは約 1メー トル,長さの基準尺 は10cB琳位なので.記入取 り誤蓮はIcn以下であろう

と考えている｡改み放 り訳盤lcd)とい う

値は.

い ｡

以上のことより,高速度写iE般掛 こよりガス球の長 大半径か らガス球の脈助周期を算出する方法は,圧力

ゲージによる耐定方法に等 しいことがわかった｡今回 の実験では爆希が円筒形であったが,生成ガスはほは 球状になった｡ したがって.上述の括粟は.当然成立 すべき関係である｡ しか し,線状爆秦のような爆澱の 場合.爆発生成ガスは球形 とは著 しく異なることが予 想できるので,そのような場合の,:プルエネルギを評 価する方法として,直接生成ガスの体横を求める方法 は有用{･あろう｡

5.

^まとめ

圧墳 したテ ト1)ル10グラムの水中爆発によるガス球 の蘇動現象の高速度写真投影を行い.ガス球半径の時 間変化を検討 した｡喪負債は,水のEE癌性 と生成ガス の内部エネルギーを考点 したRayleigbの式の数値群 と比較 した｡その轄果,ガス球の脈動周期.最大半径 は,襲換値 とよく‑鼓 した｡ しか しガス球半径と時間 の関係については.ガス球の野草半径が最大になった 後,計算値 と襲負債の基が大 きくなった｡ これについ ては,爆薬の形状,起爆方法.水深等の影響を検討す ることが必要であろ う｡ まだ, ビェ ･/圧力ゲージから 求めた脈動周期 とガス球の愈大臣蚤半径から井出 した 旅劫周期は.乗鼓誤差の範囲内で良 く一致 した｡ した がって.ガス球のエネルギーを評価する方法 として脈 動周期から井出する方法はガス球の最大体現を求める

ことと同等であることがわかった｡

付 紀

高速度 カノラの投影にあたっては.㈱サt/ピコ 浜 田 曳氏の協力を得た｡ また.I(HTおよびSrNコー ドによる数値計昇のさいには.当研究所の田中克己氏 に協力を抑いだ｡心から感謝の恵を妾する｡

文 献

1)氏.H.a)le,̀tJnderwaterExplosionsI,Princeton

UniversityPre

ss

2)田中一三,工菜火薬.36.ll(1975).

3)NationalMarineConsultants, NMC‑OR‑62(1963).

4)田中一三.エ業火秦.40,30

6

5)I(.Tanaka.8thSym p.

(

na l

6)C.LMaderaJldW.良,Gage

. Lo sA la

Kagy8 K8Yaku,〉ol.50,No,3.1989 ‑ 183‑

High‑speedPhotographyofG88BubbleinUnderw8terExplosions.

byYoshioNakayama+.SenzoOinuma+andKazumi Tanaka'

Bymeansofhigh ‑Speedphotography,underwaterexplosionsofapressedTe

t

w it h

('NationalChemiCalLhboratory forhdustry,Higashi1‑1,Ts血 ba‑sh呈, M ‑Ke

n.J a pa J ) )

‑184‑

エ薬火薬