撞水

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

中為撞水初速度在物面法線方向上的投影，c為水中聲速；當時，

>c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着卸載作用，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

垂直撞擊水面，則遭遇速度為

，故只要

，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，它的分佈也不同於無界流體繞物體流動的壓力分佈，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尺面向下凹陷。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

、轉動慣量數

和質量分佈數

、

、

相似，這裏v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；

、

、

為物體的質心座標；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，接着德國H.瓦格納，蘇聯Л. И. 謝多夫、M. B. 凱爾迪什和M. A. 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。