水下多格弹性角反射体声反射特性及强度增强方法

单格角反射体只能反射一定方向的入射波,为了反射不同方向入射声波,需要构造多格角反射体并研究其声反射特性。以不同类型八格金属板角反射体为对象,基于结构有限元耦合间接边界元法,对水下多格弹性角反射体的散射声场进行数值仿真,分析不同频率、材料、厚度、入射角度等因素影响下不同类型多格角反射体声反射性能,从便于工程应用角度提出增强其声反射能力的方法。通过典型情况下的水池实验,对仿真计算与实验数据的一致性进行验证。实验结果表明:水下多格弹性角反射体目标强度随入射频率增大而增大,并趋向稳定;目标强度随入射角度改变波动幅度较大,不同类型角反射体目标强度值差异较大;目标强度随平板厚度的增加而增大,但不显著;目标强度随着边长的增加而明显增大;软介质材料构成的多格角反射体,水下声反射性能明显优于金属角反射体。因此,为增强水下多格角反射体声反射能力,增大反射体边长及选用低阻抗材料是更有效的方法。

水下空腔多格角反射体声散射特性研究

针对水下单层薄金属板多格角反射体存在频率特性强烈,难以形成较为稳定目标强度的问题,设计了一种新的空腔多格角反射体。采用结构有限元结合流体直接边界元法,对水下空腔多格角反射体声散射特性进行了仿真计算,在5.0~15.0 kHz入射频率范围内,研究分析了平板厚度、空腔厚度、入射角度等因素对其目标强度的影响机理。结果表明:与薄金属板多格角反射体相比,空腔多格角反射体频率特性较弱,去耦作用明显,散射能力强;空腔多格角反射体在一定角度范围内都能保持稳定的目标强度,具有更优的反射性能,是较为理想的水下声反射装置。

水下八格空气腔角反射体声散射特性

水下角反射器具有较强的回波特性,可用于标记水下结构、模拟水下假目标等,针对单格角反射器反射范围具有局限性等不足,设计了一种新的八格空气腔角反射体。采用有限元-边界元法,对八格空气腔角反射体和单格空气腔角反射器的声散射特性进行仿真对比,分析了八格角反射体由于多格带来的影响,以及改变声源的入射角度、入射波频率和空气腔厚度等因素对八格空气腔角反射体散射声场的影响。结果表明:八格空气腔角反射体散射范围大、具有更大的散射强度,有效弥补了单格空气腔角反射器散射强度低、存在反射盲区等问题;多格之间的相互影响能有效增大散射宽度;由于结构的振动会形成较大范围的散射声场;在不同入射声波频率条件下改变空气腔的厚度对其目标强度无明显影响。