正文
爆炸後在水中形成向四周擴展並不斷減弱的衝擊波(即激波)。爆炸產物形成的“氣球”在水中膨脹然後回縮，進行振盪並不斷上浮，同時向四周發出二次壓力脈衝。當衝擊波遇到物體時發生反射（見彩圖）、折射和繞射,物體在衝擊波和二次壓力脈衝的作用下發生位移、變形或被破壞。衝擊波到達水面和氣球突出水面後，在水面激起表面波。水下爆炸的力學效應可用來破壞艦艇、水下建築物或進行金屬板殼的爆炸成型（見爆炸加工）。 1948年，美國人R.H.科爾編著了《水下爆炸》一書，闡明水下爆炸各種主要現象和規律，至今仍然是研究水下爆炸的一部重要著作。二次大戰期間，J.G.科克伍德、H.A.貝特提出了水下爆炸波近似理論，G.I.泰勒提出了氣球振盪理論。戰後，晶體測壓、高速攝影和電子計算機等技術的發展，促進了室內模擬實驗、數值計算和數值模擬的研究。1962年，M.霍爾特等人用數值方法得到了水下爆炸衝擊波傳播和衰減的理論解；M.S.普萊塞特等人從理論上闡明了氣球在上浮過程的收縮階段中變為“腰子”狀的失穩機制。70年代以來，研究重點轉到爆炸引起的表面波的運動方面。爆炸過程 水下爆炸過程大體可分為炸藥爆轟、衝擊波的形成和傳播、氣球的振盪和上浮等三個階段：
①炸藥爆轟 首先，爆源發生爆轟，並釋放大量能量，形成高溫高壓的爆炸產物。核爆炸或電爆炸的情況略為特殊，爆炸產物的質量極小，爆炸能量以輻射加熱方式使附近的水汽化而形成高溫高壓的水蒸氣球。
②衝擊波的形成和傳播 高壓氣球的膨脹受到周圍水的阻礙，於是，在水中形成向外傳播的衝擊波，同時在氣球中則反向傳播一族稀疏波（即膨脹波，在強調壓力變化時常用此稱）。稀疏波造成氣體的過度膨脹，從而在稀疏波的尾部形成一個向爆心運動而強度漸增的第二衝擊波，它在爆心反射並向外傳播追趕前面的主衝擊波。於是，主衝擊波（第二衝擊波隨後）在水中向外擴展，所到處對水突然加壓，使水加速運動。在傳播過程中衝擊波波幅不斷減弱，波形不斷展寬，最後衰變為聲波。實驗表明，化學炸藥爆炸能量中大約有一半是以衝擊波形式傳遞出去的。
離爆源不同距離處壓力隨時間變化的關係稱為衝擊波的壓力波形，通常用晶體測壓探頭進行測量。圖1給出TNT炸藥的球形藥包爆炸時主衝擊波的典型壓力波形。衝擊波到達時，壓力p驟躍至峰壓，以後近似按指數規律衰減，即p＝pme-t/τ ,式中pm為峰壓，τ為時間常數。這時，衝擊波衝量
恰好等於pmτ。 ③氣球的振盪和上浮 高壓氣球先是膨脹，膨脹速度遠比衝擊波速度慢，當氣球壓力降到等於水面上的大氣壓力時，因存在水的慣性運動，氣球繼續膨脹，壓力繼續下降，至某一時刻，氣球停止膨脹。氣球在水的反壓作用下開始收縮,壓力重新上升,氣球向水中發出幅度不大而持續時間較長的壓力波,稱為二次壓力脈衝,它對附近的薄殼結構也具有較大的破壞作用。以後，氣球不斷脹縮振盪,氣-水系統的能量不斷消耗於湍流摩擦。在振盪運動的同時，氣球在水的浮力作用下，伴隨發生上浮運動,最後逸出水面。圖2給出氣球半徑、氣球中心位置和頂部位置隨無量綱時間變化的曲線，縱坐標為半徑或位置（用離爆心的距離表示）。氣球上浮時在第一次收縮期內形狀發生很大改變，下半部向球心縮進形成“腰子”狀（圖3）,這可以用兩種介質界面形態的失穩理論予以解釋。在“腰子”狀氣團的上浮過程中,繞流氣團下部凸出部分發生分離,形成對稱的環流核，而在尾流區發展成一個渦環。氣團和渦環結合在一起向水面上浮，最終突出水面。 衝擊波傳播規律 和大多數爆炸現象（包括空中爆炸、岩土爆破）一樣，品種和裝藥密度相同的炸藥包在水下爆炸時產生的衝擊波效應遵循幾何相似的規律，無論從實驗或從量綱分析的方法都可證明這一點。據此，可以顯著縮小實驗的規模，在實驗室內模擬衝擊波的產生、衰變和對結構的作用，以代替大湖、大海中的現場實驗。只要選定某一特徵尺寸（如藥包的直徑或某一特定長度），則在小型實驗和現場實驗之間就存在下述對應關係：只要保證藥包的幾何形狀相似，在幾何相似的相應位置上衝擊波的峰壓pm相等，而時間常數τ和特徵尺寸成正比。實測結果可整理為下列無量綱形式： 
和衝量等實驗數據表示為單一無量綱量的函式，其中無量綱常數m和n在A的不同變化範圍內取不同的確定值。圖4給出無量綱的峰壓p0 和衝量I0 隨R0 變化的曲線。 衝擊波同物體的相互作用 衝擊波傳播到水面時，立即反射稀疏波,使水卸載,造成部分水從水面飛出。衝擊波傳播到海底，發生壓縮衝擊波的反射，其強度由海底岩土介質的力學性質決定。當衝擊波打擊艦艇等結構物時，發生複雜的反射、繞射現象。只有在衝擊波強度較低(約1000千克力/厘米2 )時才能用聲學理論解釋這些反射、折射和繞射現象。 衝擊波打擊薄殼結構時，一方面薄殼受到衝擊波的突載入荷產生加速運動，另一方面薄殼強烈抽吸附近的水，水經拉伸而形成空化區。空化區以外的薄殼在變形應力的作用下減速，而空化區以內的水在氣球的余壓作用下加速，導致空化區逐漸縮小，最後殼、水重新發生碰撞，產生薄殼的二次載入變形現象。衝擊波和二次壓力脈衝打到艦艇等結構，除了使艦艇變形、失穩外，還會由於衝擊振動引起儀表、機器的失靈。這種破壞效應除了與結構接受的壓力大小有關，在很大程度上取決於結構的尺寸和壓力脈衝持續時間的大小。有兩種極端的情況:①壓力脈衝持續時間τ遠小於結構的自振周期TS和波繞射結構的時間Td，則破壞取決於局部的衝量作用，而且在結構各部位上衝量的大小都差不多；②壓力脈衝持續時間τ遠大於TS和Td，壓力脈衝就象普通靜壓作用一樣，破壞取決於峰壓。其餘情況則介於上述兩極端之間。若遇薄壁結構，還要考慮因空化而引起的兩次載入，對結構的破壞比單純的壓力波作用而不發生空化的情況更為嚴重。
表面波 衝擊波和水面發生相互作用以及氣球逸出水面時都會產生表面波。大幅度的表面波可以摧毀水面船艦和港灣建築，特別是進行水下核爆炸，水面形成幅度很大且形狀陡峭的所謂“基浪”，破壞力極大。在不同水下深度進行爆炸,所形成表面波的強度是不同的(圖5)。從圖中可以看到存在著兩個極值波幅。如果炸藥包的埋深等於炸藥包半徑的一半，就可以得到最大波幅的表面波，其相應埋深稱為上臨界深度；另一個波幅極值出現在埋深遠大於藥包尺寸的下臨界深度，氣球膨脹至第一個最大體積時，正好上浮到達水面，水得到的動能達極大值。
參考書目
R.H. Cole, Underwater Explosions, PrincetonUniv.Press,Princeton, New Jersey, 1948.
