一种高效的宽带简正波本征值计算方法

为提高宽带简正波本征值的计算效率,汉密尔顿方法通过公式变换抵消频率项,将宽带简正波本征值的计算由频率、本征值实部和虚部的三维寻根降低至本征值实部和虚部的二维寻根,可以一次性求解单号简正波所有频率对应的简正波本征值。在已有工作的基础上优化和完善了汉密尔顿宽带简正波本征值算法,并加入并行计算方法进一步提高计算效率。以简正波模型KRAKENC作为对比,通过若干数值算例验证了该算法对于宽带简正波本征值的计算精度和计算效率。数值仿真结果显示,在保证宽带简正波本征值计算精度的前提下,该方法的计算效率相对KRAKENC有着明显的优势;加入并行算法后,该方法的计算效率得到大幅提高。

空中声源水下声场的简正波建模方法

空水界面声信号传播特性是水下检测空中声源首先要研究的问题,文中讨论了空中声源在水下产生声场的简正波模型,仿真分析了空中声源的水下声场,比较了简正波方法与射线方法、快速场方法对空中声源在水下产生的声场传播损失。结论表明简正波方法适用于远场传播损失。

耦合Galerkin简正波解的抛物方程方法水下声传播计算

研究水平变化的海洋环境下声传播的计算方法.把Galerkin方法的简正波解应用于耦合简正波抛物方程,可同时考虑海水和海底声场计算,对水平变化的海洋环境问题的数值计算表明,在包含海水和海底的声场计算中该方法的计算结果都具有较高的精度.

海面波浪对空气中声源激发的浅海声场的影响

耦合简正波方法被用于计算存在海面波浪时空中声源激发的浅海声场特性,该耦合方法采用波束位移射线简正波理论与水平分段耦合处理方法,声场计算时选取Pekeris型浅海模型,声源频率选为100Hz,高度为100m,水下接收器深度为30m,声源与接受器距离在5km内。计算表明:5m/s风速下风浪对接收到的平均声压和均方声压影响较小;10m/s风速下风浪将使接收到的平均声压下降约5dB,而接收到的均方声压则增加约1dB。

双层介质声传播问题的标准解及有限元解

文章通过双层介质中的声传播问题,研究了有限元方法在水下声场计算中的应用。基于传统的Galerkin方法推导出水下声场的有限元方程,采用四节点四边形单元离散求解物理域,可选择辐射边界条件、DtN(Dirichletto Neumann)非局部算子、完美匹配层来处理出射声场,得到有限元解。为了验证该有限元模型,需要高精度的参考解。水平不变均匀介质中的声传播问题存在解析解,但双层介质问题不存在解析解。因此,对于双层介质声传播问题,使用波数积分法推导出标准解。分别考虑了有限深度和无限深度双层介质两种情况,并进行了数值模拟。数值结果表明,文章所提的有限元模型与参考解非常吻合。此外,还发现当某号简正波的本征值非常接近割线时,简正波模型KRAKEN难以准确计算该号简正波的本征值,从而声场计算结果存在明显误差;但是有限元方法不需要计算本征值,所以当KRAKEN模型出现此类问题时,有限元方法仍能给出准确的声场计算结果,表明有限元方法在普适性方面优于简正波方法。

海水吸收对远距离水下声场计算的影响

低频声波在海水中短距离传播时,海水吸收对声场的影响几乎可以忽略。但是在实际传播中,传播距离可能达到数百甚至数千千米,此时海水吸收会对声场带来较大影响。在这种情况下,如果选用的水下声场计算程序忽略海水吸收,则远距离的声场计算结果会存在明显误差。分别比较了全反射理想波导和深海Munk声速剖面环境下几种常用声场计算模型的结果,验证了海水吸收对远距离声场计算的影响;然后通过给抛物方程RAM模型增加海水吸收,使RAM更加适用于远距离声场计算。给出的数值算例的计算结果显示,改进后的RAM模型得到的传播损失与已经包含了海水吸收的简正波模型COUPLE及波数积分模型SCOOTER给出的结果一致,表明改进后的RAM模型引入了正确的海水吸收,从而可以更精确处理远距离声传播问题。