水下声速场构建方法综述

实时、精确地构建区域声速场是建设水下综合定位、导航、授时与通信体系的重要组成部分。本文梳理并分析了水下声速场构建领域的研究现状,总结了声速剖面直接测量方法与反演方法。声速反演法相比于直接测量法具有更高的便捷性和可接受的精度性能。然而,声速反演方法依赖于声呐观测数据,因此难以适用于无水下观测系统覆盖的地区,并且无法对未来时刻的声速分布进行预测。如何在无声场观测数据情况下,综合利用历史先验信息进行智能化、高精度地全海深声速场构建,弹性化为水下用户提供不同精度、实时性需求的声速分布估计服务,是未来声速场构建研究主流趋势。

水下超声速气体射流的初始流动特性研究

为研究水下发射过程中高温高压火药燃气喷射进入液相水过程的流体形态变化与流动特性,采用Mixture多相流模型与蒸发与凝结模型建立了二维轴对称水下超声速气体射流的数值计算模型并进行了相关的数值模拟,得到水下超声速气体射流的初始流动结构。数值结果表明,超声速气体与水介质的强撞击会在气液界面上形成一个强压缩区,且连续撞击形成的压力波反传,使喷管出口射流核心区流场出现周期性脉动。因气液界面上的强剪切作用,而在气液混合区内形成复杂的小激波结构,小激波结构的出现加速了气液界面的失稳,从而促进了气液掺混效应。另外,在气泡内会形成典型的欠膨胀射流结构,因而气泡内的流动特征与单相超声速气体射流情况类似。

水下超声速气体向上喷射时的动量射流特性研究

针对水下垂直向上喷射的气体射流在潜射导弹破水发射装置(WPML)中的应用,对其气体射流的基础理论及关键技术进行了实验研究。实验得出气体射流时动量射流段的射流直径是以近线性速率增大的结论,并分析了动量射流长度与斯特鲁哈数之间的某种相关性。结果指出,随着射流出口速度的增加,可以减小斯特鲁哈数,射流的周期不稳定性明显减弱,得到稳定且长度较长的射流,对WPML的设计和应用具有参考作用。

Aqua-Sim水声信道仿真平台扩展研究

水声信道计算机仿真平台作为海洋网络研究的关键部分已受到广泛关注。由于水声信道具有复杂多变的特性,水声信道的普适性计算机仿真平台研究具有一定难度。本文针对现有水声信道仿真研究存在的问题,对Aqua-Sim水声信道仿真平台进行改进。将海水温度、盐度、纬度和深度等海域环境特征作为仿真平台水下声速和背景噪声计算参数,在仿真实验搭建过程中通过动态参数接口灵活搭建符合实验要求的仿真环境。仿真实验表明,改进后的Aqua-Sim平台仿真效果更加逼近实际海水信道环境。

水下超声速气体射流的力学机制研究

介绍了对水下超声速气体射流的力学机制的实验研究.在自行设计研制的实验系统里,高压空气通过缩放喷嘴(拉伐尔)喷入一个3维水槽中.射流在不同的工况下运行,即过膨胀、适配和欠膨胀状态.用一台CCD摄像机,对射流流场进行了可视化.实验发现,超声速气体射流在水中的喷射,总是伴随着很强的流体振荡,而这种振荡与射流气相介质中的激波反馈现象有关.对射流压力场进行了详细的测量,证实了气相介质中的激波反馈现象.但是,这里讲的激波反馈不同于超声速气体射流在开放大气空间中释放时的声学反馈(声学反馈引起尖锐刺耳的声调).它是这样一个过程:封闭在射流气袋中的激波引起射流内部的大幅度的、周期性的压力脉动;然后,压力脉动引起射流振荡,包括大幅度气体膨胀现象的出现.为了验证这种激波反馈现象,我们对流场进行了详细的压力测量.设计了三种压力测量装置,即浸没在水中的压力探头;在喷管装置侧壁上的压力测量;在喷管装置前壁上的压力测量.实现了对喷嘴下游、喷嘴附近以及喷嘴上游的压力测量,而且各压力测量结果体现了很好的一致性.研究表明,射流的每一次振荡,都引起一次压力的突然增加,激波反馈的平均频率为5～10Hz.