《水下弹药及其环境特性评估的耦合环境与弹药掩埋与移动(UnMUMB)模型》最新72页

影响弹药在水下沉积环境中的埋藏和移动的因素很多。它们是：(a) 沉积物的物理和机械特性；(b) 作用于弹药和弹药附近沉积物的流体力；(c) 弹药与海床之间的相互作用（近场）；(d) 有关沿海地区的远场海床动力学。由于巨大的非线性相互作用过程和难以进行可靠的测量，水下环境十分复杂。水下弹药和海雷的埋藏和移动预测是相似的。了解海雷的物理特性并理解其在各种沉积环境下的行为是最重要的，但仍然是一门不精确的科学。观察结果表明，掩埋对海底沉积物的类型、流体作用的性质以及物体的大小和形状都很敏感。埋设在泥质沉积物区域的地雷可能会在撞击时下沉。

在 ONR 加速研究计划（ARI）"2001-2005 年地雷埋设预测 "期间，开发了一个 6 DoF 模型，用于预测海雷穿过空气、水和沉积物的三维轨迹。该模型包含非线性动力学、流体与结构相互作用、不稳定性理论和轴承系数法等完整的物理学原理，用于计算沉积物中地雷运动的沉积力和带有空腔的扭矩。在海军 6-DoF 模型、Delft3D 以及 SERDP MR-2320 (TREX13) 和 MR2319 收集的现场实验数据的基础上，本项目建立了水下弹药移动和掩埋（UnMUMB）模型。

该项目是直接根据《弹药应对计划领域需求说明》（MRSON-13-02）制定的，其中要求的主题包括：(1) 评估和预测弹药相对于海底的位置；(2) 评估发现弹药的环境。此外，获得的弹药位置信息可用于评估各种水下传感器和勘测方法的效用。

该项目通过开发海底环境和 UnMUMB 模型的耦合组合，提高对河口、沿海和开阔海域等水生环境中的军用弹药进行探测、分类和补救的能力。海底环境组件是著名的 Delft3D（开源），可提供沉积物类型、海底形态的精确地图，以及大气和潮汐作用下水动力条件的精确信息。弹药流动性部分由 UnMUMB 模型组成。该耦合模型可提供水下弹药及其环境的重要统计特征。

目标是为弹药响应（MR）界开发一个有效的海底环境和 UnMUMB 耦合模型，以评估环境并预测弹药的流动性。由于在沉积物类型、海底形态和水动力条件等各种环境特征下，弹药的埋藏和移动情况各不相同，因此及时预测海底环境和弹药的移动情况，包括其位置和埋藏情况，对于评估水下弹药及其环境的特征至关重要。

UnMUMB 模型使用 6-DoF 动量矩方程预测水下弹药在不同物体参数和初始条件下的埋藏和移动情况。移动性由方程 (13) 预测，埋藏性由方程 (21) 预测。Delft3D 输出提供了弹药周围的环境参数，UnMUMB 模型需要这些参数来预测弹药的埋设和移动情况。在另一项研究（MR-2320）中，利用环境条件和一系列目标参数对 Delft3DUnMUMB 耦合模型的能力进行了验证。

在第 2 节和 Calantoni 等人（2014 年）所描述的现场实验中，潜水员和扇区扫描声纳图像观察到了代用弹药和仿制弹药的移动性和掩埋情况。在 2013 年 5 月 8 日进行的维护性潜水中，潜水员在浅层四脚架位置共回收了 8 枚弹药（图 3b）。在 8 枚弹药中，4 枚弹药的相对密度（ρo/ ρw）大于 2.5，即 3.11（C4）、7.19（C6）、2.72（D3）和 7.19（D6）。UnMUMB-Delft3D 耦合模型预测 C4（ρo/ ρw=3.11 ）、C6（ρo/ ρw=7.19 ）、D3（ρo/ ρw=2.72 ）和 D6（ρo/ ρw=7. 19）；移动性方面，A2（ρo/ ρw=1.43）的位移为 20.7 米，C2（ρo/ ρw=1.20）的位移为 6.52 米，B5（ρo/ ρw=2.36）的位移为 0.50 米，A5（ρo/ ρw=2.60）的位移为 0.30 米。这可能部分回答了 Traykovski 和 Austin（2017 年）在另一项研究（MR-2319）中提出的问题： "例如，快速增加的波是否能够调动相对密度大于 2.5 的物体？

未来的工作应探索确定移动阈值的作用，即密度接近或小于水饱和沙的物体倾向于迁移，而密度较大的物体倾向于掩埋；并确定在有水深限制和无水深限制的环境中，弹药在高能波浪和水流作用下的迁移距离。此外，为了在现实世界中使用，需要对物体的几何特征进行升级，使其包括与真实弹药相匹配的各种形状。