海洋内孤立波作用下潜体运动响应特性研究

2021年4月印度尼西亚海军“南伽拉402”号潜艇在巴厘岛以北约60海里(111.12km)处发生沉没,分析表明大振幅海洋内孤立波作用可能是事故原因之一。基于大振幅内孤立波eKdV理论与Morison公式建立了内孤立波作用下潜艇的运动学模型,揭示不同内孤立波振幅、潜艇潜深条件下潜艇的运动响应特性,进一步说明内孤立波可能造成印度尼西亚潜艇失事。结果表明:内孤立波对潜艇的运动状态产生巨大影响。垂直方向上潜艇在短时间内产生大幅度掉深,而水平方向上其运动方向在密度界面上或界面处与内孤立波传播方向一致,界面下则相反,且内孤立波产生的垂向力矩可能造成潜艇倾覆。不同波幅、潜深下潜艇表现出不同的运动响应规律。研究表明印度尼西亚潜艇失事可能是潜艇执行任务过程中遭遇了较大振幅内孤立波,导致其发生大幅度、迅速掉深。

连续密度跃层中第二模态内孤立波及其波致流场实验研究

该文在大型分层流水槽中开展了连续密度跃层中第二模态内孤立波及其波致流场的实验研究。利用分层流体重力塌陷原理,该文实验模拟了连续密度跃层中“上凸下凹”型的第二模态内孤立波,利用电导率探头阵列和粒子图像测速技术测量第二模态内孤立波及其波致流场,获得了连续密度跃层中充分发展第二模态内孤立波的几何与波-流场非均匀结构,以及波幅变化对第二模态内孤立波的波要素关系和波致流场特征的影响。研究结果表明:连续密度跃层中,第二模态内孤立波波形几何特征表现为上凸下凹的卵形波包状,波形非均匀垂向结构特征表现为波幅和波长随深度的非均匀变化;第二模态内孤立波波包上凸与下凹域分别形成逆时针和顺时针环流,两者组合为一对上下反对称的环流并共同向前传播;第二模态内孤立波波速随波幅的增大而增大,波长则随波幅的增大而减小;水平和垂向流速强度与特征波幅呈正相关关系,且水平流速强度大于垂向流速强度。该文提升了对实际海洋层化条件下第二模态内孤立波及其波致流场的认识。