高性能爆薬の水中爆鵡により発生した水中衝撃波について ( 第

(1)

研究浜支い T r ml 川

IM]川l

l 1

m

[ )

lt

l m) l l

高性能爆薬の水中爆鵡により発生した水中衝撃波について ( 第

2

報) 一平板状爆薬による水中衝撃波一

伊東無事 ,吉良華美',長野司郎暮 ,藤田昌大'

著者らは金属平板に水中衝撃波を作用させ,それを飛相坂として利用する新しい金属加工法を開発している｡この加工法では無用板に入射する水中術撃鼓の入射角ならびにその蛍さを香正に制御することが並要となる｡この技術開発の甚句的研究として.平板状に成形された爆薬から発生する水中衝撃波の挙動をストl J‑ク写井とシャドウグラフ投影の光学的挽寮によ1 7て飼べた｡また ,A

血 itrary

h

gTaJtgiaJl‑Ede血 (ALE)

法を用いて,二次元の水中爆轟過程の政伍シミAレーシ s lI /な行った｡水中析畢波の形状の変化および伝播過砂こついて故値計井結果が築故椿黒と軽めて良く‑鼓した｡このこと1 り政情シミュレ‑シコ. /の有効性が確認された｡また飛粕坂に垂直に入射する水中蛎撃波の速度は.爆薬盤面からの匪掛こはあまり形零

されないことが乗験に上り明らかになった｡

t

.

枯骨

著者らは前

粗

目において,荊性他爆薬の爆轟によって柑られた爆轟ガスの

Jones‑Wilkins‑

L e

e(JWL)

状態方程式 2)をシ ' JI /ダー野破釈放で求めて.それを用いて高性能爆薬の壌轟過程ならびに水中爆轟によって生ずる水中術畢波の伝播過程を

Arbitrary

La g T

aJ)gian‑Eul

e r i

azI(ALE)

法 ))を用いて故伍計井

した括架について報告した｡また光学的写文机察襲験を行

^い

. 1次元爆轟波が水に入射した場合に発生する水中析撃波の速度をスト1 )‑ ク写ft から求め.その結果と故債計井培果とが挺めて良く‑丑することを明らかにした｡これらのことより. シ1 )ン〆一匹破妖艶から求めた

JWL

状態方程式を用いた故債解析法が 1次元閉頓の解析に唾めて有効であることを明らかにした｡

著者らは高性能爆薬を水中で儒轟させ.それによって発生した水中術や波を利用した金属円管側壁の孔あけ加工い.爆発成形 S) .粉末の衝撃固化6)苛について研究を行ってきた｡さらに,高性能爆薬を平板状に成形し.軟鋼板 ( 反射板)に曲り付けて水中で爆轟させ, 発生した水中術世故を利用して金属加工を行う方法を開発してきた｡この方法においては.水中衝撃波は,

1

9

5

年

7月25

日受理 + 相木大学工学部槻枕工学科

〒

860

柵本市爪

髭2‑39

‑ 1

TEL096‑342‑374I

FA

X 096‑342‑3729

爆薬中の爆a波の伝播をともなって伝播する｡このような爆薬の水中爆轟現乳ならびに水中術韓政の基本特性はまだ十分に明らかにされていない｡また,妓加工金属は爆薬に対して任意の角皮で傾斜させて配思される場合もあり.爆薬に対し併斜角Qを持つ面における水中折撃波の基本特性を知ることも血要となる｡

高性能爆薬として,爆薬

saLty explosiyes(SEP)

を用いた

｡SEP

は旭化成工薬 ( 秩) 鞍の可塑性爆薬で,

pentaerithritoltetraJlitrate(PETN)

を主成分とし.先頃帝皮が

1310k

g

/

a.壌轟速度が

6970｡/s

e

c

である｡

本線では

SEP

を平板状に成形し.飲用坂に貼り付け.

水中で頒轟させ.その際に発生する水中衝撃波の重さ千.その伝播過程を明らかにするために,光学的写六枚察発散ならびに政伍計井を行った｡これらの結果より爆薬の水中横島によって発生した水中折や波の形状変化,その強さの叔変,傾斜角Oの形轡等の基本特性を明らかにする｡

2.

水中砺撃波の光学的写真破棄乗故方法板状に荻形された

SEP

の形状および寸法を

Fig.1

に示す｡主爆薬の寸法は厚さ

5EEEl.嶋50

d Z D ,長さ

150zz)

である｡主爆薬内を伝播する爆轟波が平面になるようにするために

,SEP

と

HAJIW

{･構成された爆薬レンズを主爆燕の前に配圧した｡なお

HABWl土PETN

を主成分とした旭化成工業( 秩) 製の線爆発圧壊用爆薬の商品名で,先頃密度が

2200kg/

a.爆轟速度が

4750A /S

ecである｡成形した壌薬1 1呼さ

19

z Bの軟

銅 (SS400)

‑1

B8‑ 火薬学会故

(2)

35mm 150mm

≡

∈ : : : : : : : : : : : : . . : : : : : : . ' : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : SどP: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 釈

: :

Explosivelens Moin叩 los

ive Fig.l AsdlematicoEtheformedhigh explosi

Fig.2 Experimentalillus

t

ration fortheundeve･r･ waterexplosionoft

hefornedhigh ex･

plosiy e.

板に曲り付け, これらを水で満たしたpolym ethyl･ methacrylate(PMMA)

製の水槽にいれ,花気骨管によってな嬢させ,水中壌轟

突放を行った｡実換装匿概略図をFig.2に示す

｡回申.爆轟波は爆薬中を左から右へ伝播する｡この爆轟波が

伝播する方向をY方向, それと垂直な方向をⅩ方向とする

｡

光学的写其観察実験は.パルスレーザー (日本電気 (株H臥ルビーレーザー.SLG2018.波長69

4mm, 出力40MW)を光源として長焦点レンズ (焦 180血)のカメラを使用したシャドウグラフ法点厚催

,キ･t= ノ./7ラッシ>ライト(HADLAm

PHOTONICS社乳 HL20/50型 7ラ,シュユニ

ット.出力500J)を光恵としてイ J‑ジコ･/Ji‑ タ

カ}ラ (HADLAND pHOTONICS社製,

IMACON790.政大助投り間鴨 2000万的/

see.最高流し速度lnsec/m)を使用したスト

l

J

‑ク写真投影法によって行った｡

シ.rドゥグラフ投野は.任

意の時間における水中衝撃波の形状を調べるために行

った｡光源として使用したパルスレーザーは閃光時間が20nsecIC

ある｡爆轟現象とパルスレーザーの

発光を同期させる必要があるので.起爆時間が安定している地雷探

鉱用の同気留管 (也化成工業 (秩)製) を使用し, ディレイジェ

ネレータ (HADLAND PHOTONICS杜乳 THREE CHA

N･

NELDELAYGE

NERATOR.TYPEJH‑3CI)G) によりSEP

の超爆時間とパルスレーザーの発光帥始時間の制

御を行った｡得られた写其の魚にゆがみが出な

いように.実勤王十分注意深く行われた｡その検証とけしてPMMA板の衷面に.格子間隔20ロnの正方格子をが

(3)

Tablo 1 ConstantsoりWLequationofstateforSEP.

A(らpa) B(GPa) Rl R2 W Eo(

∫/a) 364.9937 2.309774 4.30 1.00 0.28

2.8794×109

Table2 ConstaJltSOEequati

onofstate. Material po

( k

s

/

dt) C(m/S) S Water 10

00.0 1489.0 I.786 SS40

0 7850.0 3574.0 I.920 q=lopAH桝血(0,H) (6)

ここでloは任意の定数{･,過度の粘性の影響を避けるため0.25以下である｡またAは各格子の面前である｡

状態方程式はSEPの爆轟生成ガ

スについては以下に示すJWL

8億方程式を用いた｡

p‑A〔1‑篇〕坤 (‑ R〝 )

･Bl.一意討坤 (‑R2V)

･筈 ( 7 )

ここでPは圧力.Vは爆轟生成ガスの体桁と未爆轟爆薬の休耕と

の比.Eは内部エネルギである｡A,8.RI, R2

_{.Wはシ l}

Jンダー膨張就験に上り縛ることができるパラメータで,著者等が求めたSEPの爆轟生成ガスについてのパラメータ日をTablelに示す｡水,軟鋼

については次式を用いた｡ここでpは密p‑希 (8, 度,poは初期密度.Cは音速,甲は 1‑(po /p)

.S

は物掛こよって決まる定故である｡水,軟銅の場合についての各定数を計井 Table27)に示す｡

軌土X方向に280格子.Y方向に340格子に区切った｡格子間隔はAx=Ay=0.5n とした｡また爆薬は完全に定常億轟を行うと仮定したため,計昇の時間増分は格子

間隔Ayと壌轟速度Dを

用

い

,

At=Ay/D とした｡この場合.Courant数が lを超えるため陰的方法を用いた｡なお計井はパーソナルコンビ1‑メ (日本 DEC(抹)DECpc L

Pv 466d2.CPU:i486DX2,66 MHヱ)

で行い,使用言語はFORTRAN77.使用コソ,i イラはNDP FO

RTRAN 386 Vcr.4

( 米国

Micro Way)である｡一回の計井時間はおよそ12時間

た｡

であっ

(4)

0

2 4 6

The(psec)

8

10 Fig･4

D

血 mc

e･

timewaved如 msobtainedby thestr

e a k

photoFaPha

take

n

inY‑direc･ tion.

Fig.5 Astr

e a k

pho

to訂aphobtainedbythetmder･

ypaterexplosioJ

)OfSEPpstedOELthesteel phte.¶leSt

rea

ks

peediS2

ロ n/ f L S.

かる｡

Fig.2の⑳の位位にス 1),トをきって得られたスト l)‑ク写英をFig.Sに示す｡国中に示した尺度は

前述したプロ,クゲージの投影と時間校正によ.?て

得られたものである｡同国から水中術世

故の

X

方向伝播距離 xと時間tの関係を拘ることができる

｡

ストI)‑ク写井を光学顔故故で観察して得られた水中衝撃波のⅩ方向伝播臣

軽

Xと時間

t

の関係をFig.

6に示す｡写某を観喪した点の軌ま241点で,そのう

ちの任意の点を .印で示す｡同Egの傾きが水中衝撃波の

Ⅹ

方向速度血/dtを示すことから.水中衝撃波の速度は.

壌轟波の先頭で急掛こ加速され.壌串近傍で大きく減

寂し.爆薬から遠ざかるにつれて鼓やかに汲宋するこ

( U

‑

仰 2

00

80 印 U J ) l U D

B

D

g

ー0 5 10 1The(5 20 25 30 35

JZSeC)

Fig･6 Diedbythe8treakphotographtaketlinX‑dire staJICe‑timewaredia四 m8Obtain ction,Fig.7AcotnparisonoLthepro触o

L

thetJJlder･water

血 ∝k

waveobtain edbythestr

eak

photopph,Shdowmphandnu

mer

icalcalculadon.

とがわかる｡これは爆薬の東面{･発生する殴殺波が爆薬表面に近い部分ほど遠く水中師軒並に追いつきその手さを沖殺させるためである｡前述したように発生する水中術草薮は

Y

方向には爆轟速度で伝播するため.スト.)

‑

ク写井から得られた時間tに爆轟速度

D

を乗じることにより水中衝撃波の Y方向伝描臣#yをyニーDtで求めることが{･きる｡上ってxとyを合成することにより水中衝撃波の形状を得ることができる｡こうして得られた水中術革波の形状.シャドウグラフから持ちれた水中衝撃波の形状および故他計井括具をFig.7に示す｡回申.正号SlはSEPの爆轟により発生して水中に伝痛する水中衝撃波を,紀号S2は軟鋼板を介して水中に伝播する水中衝撃波をそれぞれ示す｡プt7ット点○印はシャドウ〆ラフから改みとられた乗換価.プT･,ト点△印はスト

(5)

Shockyt)ye

Fig.8 A8Chematiciu

twt ra

tionoLthe8hockvave･

Dislc

nce

L(

rtlm)Fig.9TbechngesoftheyeI odtyaJldthetaA酢n‑

血

1叫glea

lot

l

gtheunderwater

s hod

k

w e･ることがわかる｡このことより.

二次元の水中爆轟過程の故伍シ

ミ

1レーシ三･/方法が妥当であることがわかる｡任.Sな時間において実負的に得られた水中衝撃波の形状を図式的にFig .

8に示す｡国中,Dは爆薬の壌轟速度.U.

11餌斜角Oを持つ面における水中衝撃波の速

度で,αを水中衝撃波がY軸となす角とすると,Ul‑

D

siJIqである｡ y■‑‑yとするとqは.q=tzLn‑I(血･

/dy')となる｡

水中衝撃波の形状はスト1)‑ク写井か

ら合成して侍られたデータ

(y'

,I)をno血也rmZYefitting法8)を用いて関数近似して与えた｡近似式は次式である｡x=a.(ト

叫(

aay')ha3

11 ‑eO(

.al=22.826,32=1.4206×10‑2.a･y)I･

去 ''

(9)ここ{･Cは水の音速,Dは爆轟速度 a)=1.4236×10l.

a

l=6.4767x

l08

である｡(9)式をy'{･散分すると

a

が求められそれにより水中衝撃波の速度U‑が柑られる｡国中.UtはU

●の併斜角Cを持つ面に沿った方向の速度成分,U｡はU‑の佃斜伽を持つ面と垂直方向の速度成分を示

す｡ ▲T

3

(6)

Fig･12 PreSSure distribu

tion ob(lined by nu

nericalC

al c u

htion.

ら

Un

は

H

が増加してもあまり滅裂しないことがわかる｡この

ことは被加工金属板に作用する圧力が一定となることを意味する｡また,併斜角Cbl 大

きくなるにつれて

U

t I l大き

くなるのに対し

,U

Aは小さくなることがわかる｡

数億計井によって得られた圧力分布を

Fig.12

に示す｡

同国で捉方向が圧力を示す｡爆轟鼓後方における爆轟生成ガスの圧力は非常に高いが.発生する水中

術車波の圧力は急款に滅裂し,その後水中を伝播する

につれ援やかに流涙することがわかる｡一方,軟鋼板

を介して水中に発生する水中折帝政の圧力は非常に低いこと

がわかる｡

5.

高性能爆薬を板状

括倫

に成形し,軟鋼板に粘り,水中爆轟させた場合に.爆薬の爆

轟汝先頭から発生する水中衝撃波の基本特性を

網

ぺるため光学写其観察焚故および数億計井を行った

｡ストt J‑ク写真から水中衝撃波の形状を求め. シャドウグラフおよび数値計井結果と比較した

｡ 3

着に良い一致が

見られ,二次元の水中壌轟過程の故伍シミlI ,‑シ ! )I /方法が妥当であることが確認された｡ス H)‑ク写井から合成して得られた結果を解析し.披加工金属板に対し爆薬を任意の角度で傾斜させて壌轟きた場合の.爆薬と傾斜角β

を持つ面における水中衝撃波の入射角.速ま等を求め

た

｡Ut

l

i,H

が増加するにつれて大きく蘇葉するが.

H>40

nではほとんど減衷しないことがわかる｡このことから僻斜角クを任意に変化させることによって,金属加工に要求される最適な水中衝撃波の速度を得ることが可舵である｡また

U

【は

H

が増加してもあまり拭宍せず.被加工金属板に作用する圧力が

H

の変化

に上らずほぼ一定となることがわかった｡本研究の‑執土( 肘) 火薬工業技

謝辞

術奨助会の助成により行われました｡ここに謝意を来します｡乗

軌は絹本大学工学部付腔術撃エネルギー車扱所で行われた｡突放に際しては同実験所の石谷氏に負

うところが多い｡

さらに実験ならびにデータ解析には偽本大学大学院生鈷木借 ( 当時)

.

森田敢両君の尽力があった｡こ

こに合わせて謝意を表します｡

文献

1 )伊東繋.久飯田土邸.吉良辛夷.長野司軌昌大.火薬学会

55,5,

藤田

(7)

Onunderwatershockwavegeneratedbyunderwaterexplosion ofhighexplosives(Ⅱ)

‑ Underwatershockwavegeneratedbyslabexplosive

‑

byShigeru ITOH

' , A

^出oKI^{m ●}^.Shⁱ^r^eNAGANO●

andMasahiroFUJlTA'

Anewmetalprocesingmethodapplがngaflyingphte

dr i

venbyaJltnderwatershock wavehasbeendeyeloping.hthismethod,itisveryimportaJlttOCOntrOlboth amangleofin･

cidentaJldastrength oftheunderwatershockwarewhichactsontheplate.As thebasic r^esearchofthistechnological development,thebehvioroEthetuIderwatershockware generatedbythetmderwaterexplosionoftheslabexplo3iyesareinyesdgatedusingoptical observations.sudhasastreakanda血 dowpho^tograph.Wealsosimuhtethe2‑dimen･

Sionaltmderwaterexplosionby

A

血i

t

raryb即弧giaJl･EuleriaJ)(ALE)method.Con

c e r n

i

n

g t

heconLigt

m d

onsofthetmderwatershod⊂wave,goodagreementsbetweenthenum erical aLndtheexperimentalresultszLreObtaine

d

.ItdearsthatthenormalyelodtycomponentoE t

heunder

的 t ers h

ockw eimpingedonthedyingplateharelittleeuectsofthedistazIce f

romthesurfaceoftheshhexplosive.

('DepartmentofMedhanical Enginee申ng.FacultyofEtlgineering,KuEELanOtO University2‑39I1Ktm kami.Kum amoto.860,JapaJl)

‑L94I _{火薬学会比}

高性能爆薬の水中爆鵡により発生 した水中衝撃波について ( 第

研 究 浜 支 い T r ml 川

l 1

[ )

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高性能爆薬の水中爆鵡により発生 した水中衝撃波について ( 第

報) 一 平板状爆薬による水中衝撃波一

伊東 無事 ,吉良華美',長野司郎暮 ,藤田昌大'

h

されない ことが乗験に上 り明らかにな った｡

.

著者 らは前

目 において,荊性他爆薬の爆轟に よ って柑 られた爆轟 ガスの

L e

状態方程式 2)を シ ' JI /ダー野破釈放で求めて.それ を用いて高性能爆薬の 壌 轟過程ならびに水中爆轟によ って 生 ず る水 中 術 畢 波 の 伝 播 過 程 を

La g T

e r i

法 ))を用いて故伍計井

した括架について報告 した｡ また光学的写文机察襲験 を行

. 1次元爆轟波が水に入射 した場合に発生する 水中析撃波の速度をス ト1 )‑ ク写ft から求め.その結 果 と故債計井培果 とが挺めて良 く‑丑することを明ら かに した｡ これ らのことよ り. シ1 )ン〆一匹破妖艶か ら求めた

状態方程式を用いた故債解析法が 1次 元閉頓の解析に唾めて有効であることを明らかに した｡

1

9

年

日受理 + 相木大学工学部槻枕工学科

〒

柵本市爪

‑ 1

FA

高性能爆薬 として,爆薬

を 用いた

は旭 化成工薬 ( 秩) 鞍の可塑性爆薬 で,

を主成分 とし.先 頃帝皮が

g

a.壌轟速度が

e

である｡

本線では

を平板状に成形 し.飲用坂に貼 り付け.

水中砺撃波の光学的写真破棄乗故方法 板状に荻形 された

の形状お よび寸法を

に 示す｡主爆薬の寸法は厚さ

d Z D ,長 さ

である｡主爆薬内を伝播す る爆轟波が平面になるよう にす るために

と

{･ 構成 され た爆薬 レン ズを主爆燕の前に配圧 した｡ なお

を 主成分 とした旭化成工業( 秩) 製の線爆発圧壊用爆薬の 商品名で,先頃密度が

a.爆轟速度が

ecである｡成形 した壌薬1 1呼 さ

z Bの軟

B8‑ 火薬学会故

∈ : : : : : : : : : : : : . . : : : : : : . ' : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : SどP: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 釈

: :

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‑ク写真投影法によって行 った｡

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･ 筈 ( 7 )

.Wはシ l

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80 印 U J ) l U D

高性能爆薬の水中爆鵡により発生した水中衝撃波について ( 第

研究浜支い T r ml 川

高性能爆薬の水中爆鵡により発生した水中衝撃波について ( 第

報) 一平板状爆薬による水中衝撃波一

伊東無事 ,吉良華美',長野司郎暮 ,藤田昌大'

されないことが乗験に上り明らかになった｡

著者らは前

目において,荊性他爆薬の爆轟によって柑られた爆轟ガスの

状態方程式 2)をシ ' JI /ダー野破釈放で求めて.それを用いて高性能爆薬の壌轟過程ならびに水中爆轟によって生ずる水中術畢波の伝播過程を

した括架について報告した｡また光学的写文机察襲験を行

. 1次元爆轟波が水に入射した場合に発生する水中析撃波の速度をスト1 )‑ ク写ft から求め.その結果と故債計井培果とが挺めて良く‑丑することを明らかにした｡これらのことより. シ1 )ン〆一匹破妖艶から求めた

状態方程式を用いた故債解析法が 1次元閉頓の解析に唾めて有効であることを明らかにした｡

高性能爆薬として,爆薬

を用いた

は旭化成工薬 ( 秩) 鞍の可塑性爆薬で,

を主成分とし.先頃帝皮が

を平板状に成形し.飲用坂に貼り付け.

水中砺撃波の光学的写真破棄乗故方法板状に荻形された

の形状および寸法を

に示す｡主爆薬の寸法は厚さ

d Z D ,長さ

である｡主爆薬内を伝播する爆轟波が平面になるようにするために

{･構成された爆薬レンズを主爆燕の前に配圧した｡なお

を主成分とした旭化成工業( 秩) 製の線爆発圧壊用爆薬の商品名で,先頃密度が

ecである｡成形した壌薬1 1呼さ

‑ク写真投影法によって行った｡

･筈 ( 7 )

_{.Wはシ l}

が増加してもあまり滅裂しないことがわかる｡この

ことは被加工金属板に作用する圧力が一定となることを意味する｡また,併斜角Cbl 大

きくなるにつれて

t I l大き

くなるのに対し

Aは小さくなることがわかる｡

数億計井によって得られた圧力分布を

に示す｡

同国で捉方向が圧力を示す｡爆轟鼓後方における爆轟生成ガスの圧力は非常に高いが.発生する水中

術車波の圧力は急款に滅裂し,その後水中を伝播する

につれ援やかに流涙することがわかる｡一方,軟鋼板

を介して水中に発生する水中折帝政の圧力は非常に低いこと

がわかる｡

に成形し,軟鋼板に粘り,水中爆轟させた場合に.爆薬の爆

轟汝先頭から発生する水中衝撃波の基本特性を

ぺるため光学写其観察焚故および数億計井を行った

｡ストt J‑ク写真から水中衝撃波の形状を求め. シャドウグラフおよび数値計井結果と比較した

を持つ面における水中衝撃波の入射角.速ま等を求め

が増加するにつれて大きく蘇葉するが.

nではほとんど減衷しないことがわかる｡このことから僻斜角クを任意に変化させることによって,金属加工に要求される最適な水中衝撃波の速度を得ることが可舵である｡また

が増加してもあまり拭宍せず.被加工金属板に作用する圧力が

に上らずほぼ一定となることがわかった｡本研究の‑執土( 肘) 火薬工業技

術奨助会の助成により行われました｡ここに謝意を来します｡乗

軌は絹本大学工学部付腔術撃エネルギー車扱所で行われた｡突放に際しては同実験所の石谷氏に負

さらに実験ならびにデータ解析には偽本大学大学院生鈷木借 ( 当時)

森田敢両君の尽力があった｡こ

こに合わせて謝意を表します｡

文献

1 )伊東繋.久飯田土邸.吉良辛夷.長野司軌昌大.火薬学会