撞水
正文
魚雷、反潛飛彈等物體從空氣中穿過水麵進入水中所經歷的撞擊水面的過程。航天飛船的儀器艙和載人座艙在海面濺落，水上飛機降落以及向海面空投物體，也都經歷撞擊水面的過程。此外，滑行快艇及其他高速艦艇在有波浪的海面上航行，也會出現船體與水面相碰撞的現象。撞水的最初瞬時，在水中有一個短暫的、以水中聲速傳播的聲波。物面上的水動壓力,式中υ0n為撞水初速度在物面法線方向上的投影,c為水中聲速；當υ0n＞c時，即出現激波。聲波和激波波後的壓力雖然很大，但由於水的自由面起著卸載作用，這種大壓力持續的時間極短，對撞水後一階段的流動影響很小。若物面與自由面上水質點的遭遇速度大於水中聲速，則自由面不起卸載作用。遭遇速度大於水中聲速，並不一定要求撞水初速大於水中聲速。例如，頂角為2β的圓錐體以初速度υ0垂直撞擊水面，則遭遇速度為υ0tgβ，故只要υ0＞c/tgβ，遭遇速度即大於水中聲速。研究遭遇速度大於水中聲速的撞水問題必須考慮水的可壓縮性。
物體撞水時可產生數倍於駐點壓力的撞擊水動壓力，它的分布也不同於無界流體繞物體流動的壓力分布，最高壓力點不在駐點，而在接近自由面的地方。
物體撞水初期會出現噴濺，噴濺的形狀和下落過程，會影響入水空泡的生滅過程。
如果撞水物體在接觸水面前它的頭部表面與自由面平行或夾角很小（如小於3度）,則在物體快撞到水面時,物水之間的空氣受到壓縮，壓力增大，迫使物體正下方的水面向下凹陷。凹陷區域周邊的水面略有升高，物面首先與此升高的水面接觸，於是形成封閉氣墊。物體繼續向下運動時，墊內的空氣受擠壓而逸入水中。
物體高速撞水時，受到巨大水動力的作用，可發生振動，出現大變形,甚至破壞；若物體質量不是很大,則物體的負加速度很大；物體高速撞水時，在其內部出現傳播和來回反射的彈性波。所有這些現象使撞水物體內部的儀表、機構不能正常工作，使乘員難於忍受。
撞水初速度不垂直水面的撞水叫斜撞水。斜撞水時，在物體下側可能有一個低壓區，甚至出現蒸汽空泡，產生使物體折轉的力矩。
撞水實驗是在撞擊水箱、拖曳水池或入水實驗室內進行的。實驗室中，除了幾何相似外，還要做到弗勞德數
、質量數m/ρL3、轉動慣量數I/ρL5和質量分布數xC/L、yC/L、zC/L相似,這裡υ為撞水初速度;m為入水物體質量；I為轉動慣量；ρ為水的密度;L為入水物體的特徵長度；xC、yC、zC為物體的質心坐標；g為重力加速度。當要考慮物體應力、應變和振動時，還要考慮結構的彈性。 物體撞水的實驗研究工作始於19世紀末，而大量的實驗研究工作是20世紀30年代開始的。理論工作最早是T.von卡門開始的，接著德國H.華格納，蘇聯Л.И.謝多夫、Μ.В.凱爾迪什和Μ.А.拉夫連季耶夫做了基礎性的研究工作，後因遇到數學上的困難而無重大發展。目前中國和美國、蘇聯、英國、日本等國的學者在繼續做撞水研究工作。
參考書目
V.G.Szebehely and M. K. Ochi, Hydrodynamic Impactand Water Entry, Applied Mechanics Surveys, Spartan Books, Washington, D. C., 1966.
