水下扁平阻抗结构衍射声场建模与计算

运用一致性几何衍射理论对水下扁平阻抗结构的衍射声场计算进行了理论建模与分析,并通过数值仿真讨论分析了水下扁平结构衍射声场分布与不同衍射类型、收发方式、结构表面阻抗特性、入射声波性质等几何特性和声学特性间的影响关系.其中,首次考虑了尖端衍射贡献影响,并重点分析了尖端衍射和结构表面阻抗特性在不同条件下对总的衍射声场作用规律和影响程度等.最后为验证上述理论模型和计算方法的正确性和可靠性,还与水下钢板散射声场分布实验测试结果进行了对比分析.研究结果表明:(1)考虑尖端衍射贡献影响使得上述模型更加完整,计算精度得到有效提高,且尖端衍射影响程度与入射声波频率、收发张角、结构表面阻抗特性以及声源、接收场点和结构的空间相对几何位置等因素有关;(2)结构两侧表面阻抗特性的影响规律和程度存在差异.其中,面向声源一侧的结构表面复反射系数幅值和背向声源一侧结构表面的复反射系数相角对结构衍射声场分布强度的影响尤为明显.这些对水下目标强度估计、自由场材料声学测试和衍射效应抑制技术研究等具有理论指导意义和工程应用价值.     

舰船隔振中多层衰波媒质的声传递特性分析

文章研究了多层衰波媒质结构在斜入射声波作用下,各层媒质的几何参数变化对其衰波作用的影响规律。应用建立的二维传递矩阵数学模型计算了多层衰波媒质结构对垂直入射声波的衰波系数,并与实验结果进行了比较。结果表明,计算结果与实验结果基本一致。同时利用此数学模型分析了媒质总厚度、各层厚度比及声波入射角度对声强透射和反射系数的影响。分析结果表明,各因素变化对结构中波传递特性影响较大,且在一定程度上增加结构总厚度和首层媒质厚度有利于增强结构的衰波性能,特别是增强低频区衰波性能。     

起伏海面水面船回声强度预报方法及统计规律研究

本文基于随机起伏水面舰船目标六自由度动力学模型和界面附近目标多路径声散射理论，考虑水面多次反射的影响，建立时变海面条件下水面舰船声散射预报模型，分析不同海浪谱条件下水面舰船回波强度统计规律。通过开展拖曳水池造波条件下舰船缩比模型声散射试验，获取舰船模型在水平探测角上时域回波特征。研究表明：120～180 kHz探测频段下回声强度理论预报幅值与实测结果平均误差小于3 dB；从舰船模型声散射实测和计算结果中均发现，波浪作用下舰船随时间变化的回声强度幅值符合χ2分布的统计规律，其回声强度均值和双自由度数值k符合较好，验证了预报模型的有效性。     

明基床上局部开孔沉箱防波堤反射系数的近似计算方法

给出了明基床上局部开孔沉箱防波堤在规则波和不规则波作用下反射系数的近似计算方法。将明基床假定为一直立墙，用匹配特征函数展开法给出计算规则波作用下整体结构反射系数的理论解。利用线性传递函数法得到不规则波作用下开孔沉箱防波堤反射波频谱，得到频率平均的反射系数。将反射系数计算结果与已有研究者的试验结果进行了比较，符合良好。     

斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构声学设计

建立了二维空间声波斜入射条件下水中隐身夹芯复合材料结构的声学模型;从水声波动方程出发,推导了斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构的声传递矩阵,及终端自由边界条件下的声反射系数和吸声系数表达式;对水中目标的隐身夹芯壳板结构声学系统进行了垂直入射声学试验,试验结果与传递矩阵法数值计算吻合较好;对试验声学系统进行了斜入射下声学性能数值计算,分析了入射角对反射系数和吸声系数的影响;考虑斜入射下夹芯层厚度、密度、损耗因子、及水层厚度等对水中目标隐身壳板结构反射系数和吸声系数的影响,应用数值方法对水中隐身夹芯复合材料壳板结构进行了声学设计;考虑吸声夹芯层总厚度一定,对梯度阻抗夹芯进行了声学设计,分析了梯度夹芯层材料参数和几何参数对隐身结构声学性能的影响。结果表明:水中隐身夹芯复合材料壳板结构实现了承载和隐身的一体化,具有较好的声隐身效果。     

基于参数等效法的敷设声学覆盖层的结构物水下低频声目标强度研究

采用参数等效方法计算了敷设声学覆盖层的结构物水下低频声目标强度。首先应用有限元模拟充水阻抗管的方法获取圆台型空腔声学覆盖层敷设在与计算模型具有相同厚度的钢材上的声反射系数;其次,根据参数等效前后反射系数相等的原理,利用遗传算法反演声学覆盖层的等效物理参数(杨氏模量、泊松比、损耗因子);最后将反演得到的等效参数应用于均匀阻尼层,获得模型的水下声目标强度,验证该方法的可行性。结果表明,该方法能有效且高效地获得敷设圆台型空腔声学覆盖层的结构物水下低频声目标强度。     

关于航海雷达海浪干扰的分析

本文综述并分析了海面杂波特点,并根据已发表的海浪反射系数统计数据,推导出用于航海雷达的杂波强度方程式和信杂比公式,提出杂波强度的R~(-4)规律。 计算了在中等海情下典型航海雷达接收机输入端目标的信杂比、目标和杂波的信号电平。讨论了航海雷达检测杂波中目标的能力。 对海面杂波和海上目标回波强度变化规律进行了初步测量,其结果证实了上述分析的正确性。 在理论和实际测量的基础上讨论了航海雷达接收机的动态范围和时间灵敏度控制(STC)特性的最佳设计。     

波浪作用下斜坡式护岸反射系数试验

通过物理模型试验,研究在不规则波作用下,斜坡坡度、波陡、扭王字块体的摆放方式对反射系数的影响,并将实测的反射系数与Seeling公式、Sutherland公式和Van der Meer公式的计算值进行比较。结果表明斜坡坡度与反射系数成正比,波陡与反射系数成反比,扭王字块体的摆放方式对反射系数的影响不大,试验值普遍比3种公式的计算值要大,其中试验值与Seeling公式的计算值相差较小。     

潜艇目标强度特性

大西洋防御研究机构（DREA）开发的基于边界元的声波辐射预测软件——AVAST已具有预测目标声波强度的能力，可预测包括水雷和潜艇在内的具有完整三维尺寸和刚性（或弹性）结构的水下物体目标强度。从多方面研究了一艘潜艇模型在相应低频范围内（50～1kHz）的刚性目标强度。模型包括潜艇的围壳和减摇鳍并通过改变模型结构的设置分析围壳和减摇鳍对目标强度的影响。分析和计算都是在自由空间进行的。同时还研究了数字化目标深度和水深对平坦表面和刚性底部目标强度的影响。     

大型舰船坐坞强度衡准与计算方法

墩木的合理布置对保证大型水面舰船在船坞建造和进出坞过程中的安全至关重要,而国内现有舰船规范不适用于船长大于160m的舰船的坐坞强度校核。为此首先分析了现有的坐坞强度计算规范和校核衡准,然后提出了新的适用于大型水面舰船的坐坞强度衡准与基于船体梁有限元模型的计算方法,最后对一船长接近200m的舰船在坐坞状态下的船体结构强度与墩木强度进行了分析,结果表明提出的强度衡准与计算方法是合理的。     

基于物模试验的平板与弧板式防波堤水动力特性对比

为探求一种消浪效果优良且受力较小的新型结构,通过物理模型试验,对比单平板式与单弧板式防波堤的水动力特性,分析不同波浪参数情况下,透射系数、反射系数、压力以及结构物周围流场的变化关系。结果表明,结构物出水状态时,弧板式防波堤对波浪的透射系数明显小于平板式防波堤,入水状态时则相反,静水面处两者相当;结构物出水状态时,弧板式防波堤对波浪的反射系数略大于平板式防波堤,而在静水面及入水状态时,平板式防波堤对波浪的反射系数明显大于弧板式防波堤;两种结构上表面不同测点处的压力差别较大,而下表面的差别不显著。     

透空式上部结构对开孔沉箱消浪性能影响的试验研究

通过物理模型试验,在前人对开孔沉箱研究的基础上进一步研究了透空式上部结构对开孔沉箱消浪性能的影响,分析了反射系数随波陡、相对宽度、相对水深和上部结构超高等因素的变化规律。同时给出了透空式上部结构开孔沉箱反射系数的计算的经验公式,为工程实际提供参考。     

目标覆盖层在典型浅海波导中的消声作用

应用非刚性表面声散射的物理声学方法,发展了基于射线跟踪技术的浅海波导中覆盖消声层目标回声计算的数值方法。选取Benchmark潜艇模型和两种假想的消声覆盖层(反射系数在垂直入射时相同,随角度增加的速率不同),讨论了自由空间和浅海信道中弱正梯度和负梯度两种典型声速剖面条件下刚性及覆盖消声层目标的回声特性。结果指出:由于自由空间和浅海波导中目标回声形成机理不同,这两种覆盖层对自由空间中的消声作用影响较小,对浅海波导中的消声作用影响较大;自由空间中消声覆盖层的消声作用不能完全反映其在浅海波导中的实际效果;在实际浅海波导中为了获得较好的消声作用,不仅要在0度入射角还应在小角度(0-30度左右)范围内将覆盖层的反射系数控制在较小的数值区间。     

大连大窑湾港湾振荡数值模拟研究

采用Boussinesq数值波浪模型,模拟得到大窑湾不同水域的固有频率。模拟了不规则波入射时全湾水面响应状况,结果表明:谱峰周期较小的不规则波入射大窑湾港内,经过一定长的时间,波能会在局部地区发生高频到低频的传递,从而诱发局部低频波动。外海波浪入射不会导致全湾水域整体振荡,但湾底及南岸小港池易发生局部水体振荡。采用减小边界反射系数的措施,可有效降低局部水域的波动幅度。     

基于FLOW-3D的新型桩基透空堤消浪性能研究

针对新型附带消浪板桩基透空堤消浪性能,对波浪作用下该新型透空堤的反射系数、透射系数以及波能分布进行研究.采用FLOW-3D数值模拟方法,得出消浪板的开孔率、相对入水深度以及倾斜角度变化时透空堤反射系数、透射系数以及波能分布.结果显示:1)该新型附带消浪板桩基透空堤具有较好的消浪性能,开孔率越小,其反射系数越大、透射系数...     

浅海宽带声源深度判决方法

被动声呐系统具备区分水面和水下目标的能力是十分重要的。针对此问题,文章提出了一种在浅海环境下利用单水听器区分水面和水下目标进行分类的方法。声源深度判决问题可以看作二元分类问题,在理想浅海波导的相干多途信道模型下,推导了海底和海面反射声与直达声时延差比值的关系式,并基于该比值构建了与声源距离无关的深度判决统计量,利用该统计量与预设门限进行对比,可以对水面和水下声源进行区分。在宽带噪声源的假设下,接收信号的功率谱中含有与多途时延量有关的周期分量,对功率谱进行稀疏性约束,可利用正交匹配追踪算法对海底和海面反射声时延进行估计。计算机仿真给出了时延估计性能,分析了时延估计误差对算法的影响性能,同时利用蒙特卡罗试验方法验证了所提声源深度判决方法的有效性。     

水介质中复合材料壳板结构的声学设计

将复合材料壳板代替钢质壳板，建立了复合材料壳板结构的水中声学计算模型。从水声波动学方程出发，推导了不同终端边界条件下的传递矩阵、声反射系数和吸声系数，并通过试验研究证明了运用传递矩阵法进行声学设计的可靠性；考虑表层阻抗，吸声层厚度、损耗因子，及水层厚度的影响，应用数值方法对水中复合材料壳板结构进行了声学设计，分析了各参数对结构反射系数和吸声系数的影响规律。     

Diffraction of oblique water waves by small uneven channel-bed in a two-layer fluid

Obliquely incident water wave scattering by an uneven channel-bed in the form of a small bottom undulation in a two-layer fluid is investigated within the frame work of three-dimensional linear water wave theory. The upper fluid is assumed to be bounded above by a rigid lid, while the lower one is bounded below by a bottom surface having a small deformation and the channel is unbounded in the horizontal directions. Assuming irrotational motion, perturbation technique is employed to calculate the first-order corrections to the velocity potentials in the two fluids by using Fourier transform approximately, and also to calculate the reflection and transmission coefficients in terms of integrals involving the shape function representing the bottom deformation. Consideration of a patch of sinusoidal ripples shows that the reflection coefficient is an oscillatory function of the ratio of twice the component of the wave number along x-axis and the ripple wave number. When this ratio approaches one, the theory predicts a resonant interaction between the bed and interface, and the reflection coefficient becomes a multiple of the number of ripples. High reflection of incident wave energy occurs if this number is large.     

对称波形底箱型水面防波堤性能试验研究

为了提高箱型水面防波堤的消波性能,将箱型水面防波堤的主体底部外形进行了改造,即将主体底部由平底改造为对称波形底,提出了一种对称波形底水面防波堤。对平底和对称波形底箱型防波堤分别进行了物理模型试验研究。试验时,将平底和对称波形底的方箱型消波主体通过支架固定在小型波浪水槽中,保持水槽水深不变,改变箱体吃水、波陡、波长,进行了系列试验。给出两种模型的透射系数、反射系数和能量损耗系数随相对宽度BL的变化规律。通过比较发现:对称波形底的消波性能比平底的优良,增加的消波效果高达60%左右;两种模型的反射系数相差无几,说明改变箱型底部结构对于防波堤反射性能的影响不大;对称波形底对于波能的损耗作用要强于平底。