入水

反潜导弹、鱼雷、深水炸弹、水雷等物体从空中经过水面进入水中的过程(见图)。

鱼雷入水过程

入水问题是液体动力学中具有重要军事意义的研究课题。任何物体入水都经历撞水过程。物体撞水，同物面接触的水和物面附近的水突然开始运动，加速度很大。由于水的密度大，水对物体的附连质量大，所以在入水的瞬时物体受到远比一般绕流大得多的水动力作用。入水初期，物体的湿水面积迅速增加，如果入水速度比较大，则会出现比较稳定的空泡分离线，水与物面分离，入水空泡开始形成。如果物体头部具有光滑的流线形，空泡分离线的位置和形状变化就多，入水弹道的变化也多；与此相反，钝头物体空泡分离线的位置和形状就比较固定和规则化，弹道也很少受随机因素的影响。物体斜入水时，物面下侧首先与水接触，作用于物体湿水面上的水动压力产生一个相对于物体重心的力矩(除非湿水面是以物体重心为中心的球面的一部分)，引起物体俯仰角速度的急剧变化，这种现象叫做忽扑(whip)。由上述力矩引起的平头物体的忽扑使物体头部向下，而凸头(如半球形头和橄榄形头)物体的忽扑使物体头部向上。忽扑也可由物体头部的低压(入水蒸汽空泡)引起。物体头部的形状和物体相对于空泡的位置不同，物面上的压力分布也就不同。在某些入水条件下，不对称的低压区可能位于入水空泡分离点前面。物体头部一侧是低压区，另一侧是空气。其间的压力差等于大气压力与水的蒸汽压之差。持续时间长的大低压区，会产生很大的忽扑。

物体进入水中以后的一段时间内，空泡会与大气相通，空气不断填补入水物体的后部空间，空泡继续增大，其中部分是空气，部分是蒸汽。随着空泡增大，物体受到的浮力也增大。空泡宽度是由物体向水的能量传递速率决定的，因此，空泡增长速率决定于物体的形状(与阻力系数相关)和速度，决定于物体相对空泡的位置。物体在空泡中的方位影响物体轨道的形状。

入水空泡发展的下一步是空泡闭合，水面上的空气不再进入空泡。入水初始条件(如弗劳德数、质量数m/ρL和入水角，其中U为入水初速度；m为物体质量;L为物体特征长度;ρ为水的密度;g为重力加速度)和导弹、液体、气体的力学参数，决定空泡闭合是先在水面发生，还是先在水下发生。当决定空泡闭合的力(水静压力、空气在空泡中流动的动压力和表面张力)占主导地位时，空泡开始变狭、颈缩、最后闭合。喷溅从空中落回，影响空泡的水面闭合。空泡闭合时，向内运动的水互相碰撞，产生向上和向下的水射流。空泡水下闭合时产生的射流很强，向上射流的速度可大于物体的运动速度，向下射流可以使空泡泡壁变形，或者打到物体上改变物体的轨道。

空泡闭合后，随着物体继续运动，空泡或者由于水流的挟带作用而逐渐减小以至完全消失，或者突然从物体表面滑脱。空泡突然不对称地滑脱，可以引起物体运动方向的改变。空泡消失后，入水物体开始进入全沾湿运动。一般情况下，此时物体已离水的自由面较远，自由面对流动的影响可以不计，流动已是无界的。

入水所要处理的力学问题是带有空泡和自由面的非定常流动问题，它与刚体动力学问题耦合在一起，构成水弹道学的一部分。入水实验是在专门实验水箱中进行的，实验中弗劳德数、空化数(见空化)、水面上气体的密度以及物体的质量、转动惯量等相似数必须作到与实际情况中的相等(见水动力学实验)。