部分浸没充液无限长圆柱壳声辐射特性研究

本文旨在研究圆柱壳的浸没和充液对其声辐射特征的影响,为界面附近充液壳体目标声学性能的评估和测量提供理论依据和研究方法。通过有限元数值仿真方法计算得到半充液无限长圆柱壳辐射声压的频率-浸没深度谱和半浸没无限长圆柱壳辐射声压的频率-充液高度谱,结果均呈现出两种明显的共振现象,分别由弯曲波和低阶流体附加波激发。根据相速度频散曲线推导出共振频率的预报公式,能够准确地预报辐射声场中出现的共振现象,可为系泊状态内部液舱结构振动声辐射线谱特征控制与评估提供理论支撑。

舰船舷间双层声桥声振传递特性研究

[目的]双层壳之间的舷间结构是声振动从耐压壳向轻外壳传递的重要桥梁,为降低对舰船振动声辐射水平的影响,提出一种双层声桥的舷间结构形式并开展声振传递特性研究。[方法]采用有限元方法建立舷间双层声桥的有限长双层圆柱壳振动声辐射模型,对比分析双层声桥与传统单层声桥结构的声振传递特点,揭示双层声桥结构形式、结构参数以及轴向分布间距等因素对声辐射和振动传递特性的影响规律。[结果]对比结果表明:双层圆柱壳间的双层声桥连接结构比传统单层声桥结构的降噪效果更好;双层圆柱壳间“2-1”型双层声桥结构模型的振动传递降低效果优于“1-2”型和“2-2”型,而3种不同的“1-1”型双层声桥连接结构的振动传递降低效果则较为相近;底层声桥肋板间距和横铺板宽度对双层壳体结构的振动传递降低效果的影响较大,而声桥层高的影响则较小;双层圆柱壳间双层声桥的轴向分布越紧密,其振动传递降低的效果越差。[结论]研究成果可为舰船舷间结构的减振降噪设计提供参考。

基于有限数据的水下球类目标多基地低频散射声场预报方法

针对水下球类目标多基地声散射声场预报,提出了一种基于有限散射声压信息数据的预报方法.该方法将散射声场表示为声散射传递函数与声源密度函数的乘积形式,通过数值积分以模型表面网格信息作为输入得到声散射传递函数,以已知的少量散射声压数据作为输入,综合运用声学互易性、最小二乘法和矩阵变换得到声源密度函数.针对双层球壳以及带铺板球壳,分别利用Rayleigh简正级数解和有限元计算方法对该预报方法进行了验证.对带铺板球壳进行了目标强度试验,对比了测试结果和有限元计算结果,分别以几个测试数据和有限元数据作为输入预报了带铺板球壳多基地散射声场并与有限元结果对比.仿真和试验结果均吻合较好,验证了该预报方法的可行性.

船用螺旋桨静态声散射预报方法及特性

针对螺旋桨静态声散射特性预报问题,采用分层介质声传播理论与离散面元厚度信息相结合的板块元算法,建立变厚度曲面薄板目标声散射特性预报方法。基于面元厚度及材料属性信息求解所有面元的反射系数,进而求得目标的总散射声场。为了提高计算效率,通过单片桨叶网格拓扑克隆的方式实现完整螺旋桨的散射声场预报,并通过有限元和静态声散射特性湖上试验对新的预报方法的准确性进行了验证。研究结果表明:螺旋桨目标强度的频响特性、角度-距离谱以及空间指向性预报值与测试值基本一致。研究结果对水下航行器艉向附近的声散射特性预报具有一定的参考价值。

基于Kirchhoff近似与曲面三角形网格的水下目标声散射特性分析

针对水下复杂目标回波特性快速预报问题,采用Kirchhoff近似和曲面三角形网格建立目标声散射特性分析模型。将目标表面离散为曲面三角形网格,采用高斯-勒让德求积方法直接计算亮区内曲面元上的散射声场并求和,得到目标的总散射声场。计算刚性球、椭圆柱、球冠柱和Benchmark缩比模型4种典型目标的目标强度,与采用平面三角形单元的板块元方法及实验测试等结果对比,验证曲面元方法的可靠性。数值算例结果表明,该方法具有良好的精度与计算效率。

水面船舶运动姿态对声散射特性的影响

[目的]为了进一步提高鱼雷通过声自导识别复杂水面目标的精度,对随机起伏海面及水面船舶运动姿态下的声散射特性进行模拟研究。[方法]基于Kirchhoff近似和六自由度运动分解合成的方法,建立水面船舶目标多路径声散射简化预报模型。在该模型中,海面波浪对船舶六自由度运动幅度和周期的影响由经验统计值描述,通过旋转矩阵和平移矩阵,实现目标各顶点在连续运动状态下的坐标变换。基于此,利用所建预报模型,分析不同水平探测角下船舶六自由度运动分别对声散射特性的贡献度和影响。[结果]研究表明:横摇和艏摇对正横探测方位角的声散射影响较大,纵摇对艏、艉向声散射影响较大。此外,建立了船舶运动姿态与目标声散射回波特性的关系。[结论]研究结果可为声呐设备对水面目标主动声探测提供技术支撑。

水下角反射组合体声散射特性

[目的]为进一步提高水下凹面目标散射声场的计算速度和精度,开展水下角反射组合体声散射特性的研究。[方法]基于Kirchhoff近似和射线追踪基本理论,考虑角反射体的多次散射和遮挡影响,建立水下角反射组合体声散射预报的简化模型,提出水下角反射组合体目标散射声场的快速预报方法,即改进板块元法(PEM)。通过此方法,计算三角形三面角反射体散射声场,并通过有限元仿真予以验证;在此基础上,以八面角反射体为基元,研究八面角以及组合多面角反射体结构的特性、集群强散射目标回声特性和基于空间的强散射目标特性。[结果]研究表明:改进的PEM法可以准确和快速地计算角反射体的散射声场;八面角及组合多面角反射体的散射声场随入射波频率、角度和组合体间距等的变化而改变。[结论]研究结果可为水下无源干扰体模型设计提供重要的技术支撑。

基于分段合成法的水下凸体结构声散射亮点模型

基于亮点模型基本理论,结合变形柱方法计算细长物体散射声场时切分目标的基本思想,分割凸体结构得到微元目标,利用亮点模型近似描述微元目标的散射声场,最后将考虑相位因素在内的亮点模型组成整体并计算得到凸体结构的目标强度。将亮点模型与分层弹性介质声传播理论相结合,得到计算非刚性表面凸体结构目标强度的亮点模型方法,分析1 kHz~10 kHz频段下目标强度角度频率谱,以及在5 kHz与8 kHz频率下刚性与非刚性表面凸体结构的目标强度特性曲线。结果表明,微元目标间的相位因素是影响亮点模型计算精度的重要因素,切分段数的选取与目标外形和计算频率有关。通过与板块元计算结果对比,证明该模型具有较高的计算精度,不仅拓宽亮点模型的适用范围,使其更加符合工程实际需求,可为时域回波预报提供更大的空间。

外部加环肋圆柱壳声散射数值和试验研究（英文）

双层壳体声散射特性研究对水中目标探测和识别具有重要意义。文章基于混合2-D/3-D有限元法对外部加环肋圆柱壳声散射进行数值建模,基于薄壳理论推导近似解析表达式对周期加肋圆柱壳的角度频率谱中Bragg散射和Bloch-Floquet弯曲波共振散射进行理论预报,并进行水池试验验证。与平板情况相比,圆柱薄壳中存在弯曲波a0、压缩波s0和剪切波T0三种弹性波,弯曲波对Bloch-Floquet波共振散射有重要作用。外部环肋板不仅通过影响壳体振动间接影响外部散射声场,而且作为散射子结构通过与外部流体耦合直接参与散射。与解析方法和物理声学方法相比,混合2-D/3-D有限元方法充分考虑了结构弹性、肋板与圆柱壳体之间的遮挡和多重散射效应,以及肋板与水的耦合作用,具有计算准确、高效等优点,能较好地解决复杂结构的中低频振动-声耦合问题。

分舱段圆柱壳声散射数值和试验研究

基于有限元方法建立了填充不同介质的有限长分舱段圆柱壳声散射数值计算模型,仿真了填充空气-空气、空气-水、水-水三类两舱段圆柱壳声散射特性,并完成了三类两舱段圆柱壳体声散射试验,获取和分析了两舱段圆柱壳体声散射的时间角度谱和频率角度谱特性。利用物理声学方法分析了壳体表面、端面以及内部填充水介质对散射声场的影响,揭示了两舱段圆柱壳声散射频率角度谱中呈现的干涉条纹特征形成机理,为水下分舱段目标,如水下无人航行器的主动声呐探测和识别提供理论支撑。