Undervannsdetonasjoner - en kort innføring

Abstract

Detonasjon av eksplosiver under vann har mange likheter med detonasjoner i luft. En diskontinuerlig trykkøkning, sjokkfronten, brer seg ut i mediet. Bak sjokkfronten synker trykket gradvis og man kan få en periode med negativt trykk relativt til omgivelsene. Forskjellen mellom trykkutbredelsen i luft og vann oppstår i de senere fasene. På grunn av at vann i liten grad er kompressibelt, og fordi tettheten er høyere, vil gassene fra detonasjonen nå et punkt der trykket er mindre enn trykker i vannet omkring. Dette medfører at gassboblen slutter å ekspandere og kollapser. Deretter vil boblen ekspandere igjen, og denne prosessen kan skje flere ganger. I denne rapporten gir vi en kortfattet innføring i de viktigste fenomenene som skiller undervannsdetonasjon fra detonasjoner i luft. Rapporten er et resultat av undervisningsmateriell produsert av FFI for Minedykkerkommandoen og baserer seg på den sentrale litteraturen i fagfeltet. Det som gjengis her, er ikke et resultat av egen forskning, og vi har ikke vurdert grunnlaget for påstander eller utledninger som er gjort. Vi har valgt å fokusere på kvalitative beskrivelser, da det matematiske grunnlaget er meget komplisert og ville vært langt utenfor ambisjonen for dette arbeidet. Vi beskriver hvordan gassboblen vil oppføre seg ved forskjellige detonasjonsdybder, hvordan boblen vil bevege seg i nærheten av forskjellige overflater og hva som skjer når gassboblen bryter vannoverflaten. I kapittel 4 beskriver vi enkle skademodeller på strukturer, mennesker og marint liv, samt hvordan man kan beskytte seg mot skade ved undervannsdetonasjoner. Til slutt har vi inkludert et vedlegg som gir en oversikt over formler som kan benyttes for å bestemme viktige karakteristika ved detonasjoner under vann.

Underwater detonations share a lot of similarities with detonations in air. The sudden increase in pressure, called the shock front, propagates through a medium. Behind the shock front the pressure gradually drops, and there might be a period of negative pressure relative to the environment. The difference in pressure propagation between air and water arise mainly in the late stages. Because water is largely incompressible, and due to the higher density, the detonation products will at a stage reach a pressure below that of the surrounding water. The bubble will stop its expansion and collapse. Afterwards the bubble will expand once more, and this process may repeat several times. In this report we give a short introduction to the major differences between detonations in air and in water. We have chosen to give qualitative descriptions rather than a rigid mathematical approach, due to the complex math. Such an approach would be far beyond the scope of this work. We will describe how the gas bubble behaves at different detonation depths, how the bubble moves in the proximity of different surfaces, and what happens when the bubble breaks the surface of the water. In chapter 4 we describe some simple damage models for physical structures, humans and marine animals, and give a short description of protective measures. In the appendix we give an overview of simple handbook formulas to determine the most important properties of underwater explosions.