水面船舶运动姿态对声散射特性的影响北大核心CSCD

[目的]为了进一步提高鱼雷通过声自导识别复杂水面目标的精度,对随机起伏海面及水面船舶运动姿态下的声散射特性进行模拟研究。[方法]基于Kirchhoff近似和六自由度运动分解合成的方法,建立水面船舶目标多路径声散射简化预报模型。在该模型中,海面波浪对船舶六自由度运动幅度和周期的影响由经验统计值描述,通过旋转矩阵和平移矩阵,实现目标各顶点在连续运动状态下的坐标变换。基于此,利用所建预报模型,分析不同水平探测角下船舶六自由度运动分别对声散射特性的贡献度和影响。[结果]研究表明:横摇和艏摇对正横探测方位角的声散射影响较大,纵摇对艏、艉向声散射影响较大。此外,建立了船舶运动姿态与目标声散射回波特性的关系。[结论]研究结果可为声呐设备对水面目标主动声探测提供技术支撑。     

实船尾流气泡对太阳光散射特性的影响

由于到达海表面的太阳光的主要能量分布在0.15～4 μm之间,且海水的透过窗口也在此范围内,太阳光在海水中具有一定的穿透能力.在海水中尾流气泡受到太阳光的照射会对其有明显的散射作用.利用尾流气泡太阳光散射特性与海水散射特性的差异可对尾流进行探测.本文利用Mie散射理论对尾流气泡的太阳光散射特性进行了研究,并在真实海洋环境中对海水及实船太阳光散射特性进行了试验研究.研究表明,以太阳光作为光源,在一定深度可以探测到尾流气泡太阳光散射特性.     

大型水面舰艇防护策略仿真与优化

为确定大型水面舰艇防护结构的重点保护部位,本文建立了基于概率分布的声尾流自导鱼雷进入尾流位置和航向模型,结合较贴近实际的尾流声学仿真模型、鱼雷声学自导检测模型和弹道模型,设计了基于模拟法的声尾流自导鱼雷仿真系统,在此基础上实现了对声尾流自导鱼雷命中区域的仿真计算,并据此优化大型水面舰艇防护策略。上述方法对实现舰艇轻量化设计,提高其防护能力具有借鉴作用。     

基于ISAR水面舰船高频区散射中心特征提取仿真研究

水面舰船在高频区呈现复杂散射特征,其散射中心是ISAR图像目标识别的重要特征。本文基于水面舰船目标的散射特点,构建具有代表性的水面舰船目标散射中心模型。首先采用传统射线追踪法(SBR)分析该目标的RCS变化趋势,明确散射亮点区域。通过选用基于图像的ISAR目标散射中心特征提取方法,实现高频区水面舰船目标散射中心确定及判别。通过与SBR方法定位的散射亮点对比,验证了本文提出的水面舰船ISAR散射中心特征提取方法适用于水面舰船散射特性研究。可用于指导同类目标的雷达波散射特征控制及信号检测。     

水下航行体热尾流特性的技术融合

为得到红外探测水下航行体中全面的热尾流特性,提出一种技术融合的研究方法,即先将水下航行体排出的冷却水形成的热尾流近似为圆形断面的自由湍流热射流,在密度分层环境中,根据射流的积分方程建立热尾流特性的计算模型;再采用Runge-Kutta法进行数值仿真;最后利用含少量黑墨水的尾流流迹摄影、数字温度传感器多点测温和红外成像等技术进行融合实验研究。研究得到了热尾流浮升轨迹的发展、高度的增长、宽度的扩展、时间的增长、温度的分布和水面红外图像的变化等规律。仿真与实验结果的相符验证了研究方法的可行性。研究方法和所得结果有助于红外探测水下航行体技术的发展。     

舰船气泡尾流特性研究现状

为了对水面舰船尾流的特性和产生机理进行试验测量和理论分析,并以此为基础,建立舰船气泡尾流模拟系统,进而研制声光复合尾流自导系统.在阅读相关文献及参考相关试验结果的基础上,对舰船气泡尾流特性的研究现状进行了总结.从气泡的运动、气泡的分布及气泡数密度变化规律3方面阐述了尾流中气泡特性;从舰船尾流的长度、宽度、深度3方面描述了气泡尾流几何特性的数学模型;指出了气泡尾流特性的研究方向以及急需解决的2个重要问题.     

自动力潜艇热尾流水面热特性的实验研究

本文研究了实验水槽中自动力潜艇热尾流水面热特性,消除了除潜艇自身特征外其他拖动组件对热尾流扩散的影响,更加准确地再现了热尾流的扩散过程。通过热尾流温度分布预测了潜艇热尾流由热流区和冷热流混合区2个区组成,解释了2个区形成的过程,而热流区几乎全部由热流团组成,而且温度相对更高。红外热像仪拍摄的潜艇热尾流水面温度场分布图再次验证了热尾流水面热特性预测的正确性。本文对红外遥感探潜具有一定的参考价值。     

自动力潜艇热尾流水面热特性的实验研究

本文研究了实验水槽中自动力潜艇热尾流水面热特性,消除了除潜艇自身特征外其他拖动组件对热尾流扩散的影响,更加准确地再现了热尾流的扩散过程.通过热尾流温度分布预测了潜艇热尾流由热流区和冷热流混合区2个区组成,解释了2个区形成的过程,而热流区几乎全部由热流团组成,而且温度相对更高.红外热像仪拍摄的潜艇热尾流水面温度场分布图再次验证了热尾流水面热特性预测的正确性.本文对红外遥感探潜具有一定的参考价值.     

光尾流自导鱼雷探测信号仿真

讨论了基于后向光散射的尾流自导技术的基本工作原理,用唯像模型和Mie散射理论分析研究了舰船尾流中的光传输规律,在蒙特卡洛方法基础上用C＋＋语言编制光尾流探测信号仿真程序。结合真实尾流特征,用该程序模拟了光尾流自导鱼雷的探测信号,并用实验测量数据对仿真信号曲线进行验证,两者基本吻合,表明该方法对尾流的光信号进行仿真的可行性,有助于鱼雷光尾流自导技术的进一步研究。     

舰船尾流气泡层散射相位函数的计算与分析

利用Mie散射理论及其递推公式并结合舰船尾流气泡的测量结果,得到了舰船尾流中气泡群的散射相位函数。通过对散射相位函数的分析与讨论,得出：尾流存在时间及气泡群分布模型参数的变化对散射相位函数的影响较小,仅当小半径气泡密度增加时其后向散射强度略有减小;尾流气泡相对于海水的折射率变化是影响尾流气泡群散射相位函数的主要因素,相对折射率越大,后向散射越弱。     

气泡艉流场特征及其研究综述

船舶气泡艉流场特征研究蕴含着重要的军事和民用价值.从气泡艉流场的几何特征、声光物理特征以及尾流中气泡的数密度、尺度分布特征等方面,总结了当前国内外关于船舶气泡艉流场特征研究的主要成果,进而通过分析它们在遥感探测、制导等领域的应用情况,进一步阐明了船舶气泡艉流场特征研究的重要性,并提出了应加强对气泡艉流场的探测技术和抑制消除技术研究的发展建议.     

Underwater acoustic field and pressure fluctuation on ship hull due to unsteady propeller sheet cavitation

The main objective of this paper is to develop an efficient numerical method which can predict the underwater acoustic field and pressure fluctuation on a ship hull due to unsteady propeller sheet cavitation by linear acoustic theory. In addition, the noise scattered from the ship hull and reflected from the free surface are included. Concerning the computation of the acoustic field induced by unsteady sheet cavitation and forces of a marine propeller, a method is derived without making any approximation about the distance function between the noise source and field point. Thus, this method can be used to predict acoustic pressure at both far and near fields, and this is very important for the scattering problem because the ship hull is located very close to the propeller. For the computation of the scattering problem, a more efficient and robust method is derived in time domain, which can treat multi-frequency waves scattered from underwater obstacles. The acoustic fields of a container ship radiated by the propeller and scattered from the ship hull with free surface is investigated in this paper. The pressure fluctuations of low blade rate on the ship hull induced by the propeller are also computed by the present method and are found to be similar to the results obtained by a panel method satisfying the Laplace equation for the points near the propeller due to the small retarding time. However, for the points on the ship hull away from the propeller, the differences of the results between two methods will increase.     

舰船尾迹图像的对比度特征提取方法

根据舰船尾迹图像尾迹区与海水背景区存在明显对照的特性,提出用对比度参数作为尾迹图像质量评价指标,进而表征舰船尾迹光学信号特征强度.为有效评价尾迹图像质量,在改进对比度基本计算模型的基础上,充分考虑人的视觉特性,引入尾迹区与海水背景区的加权因子进行组合评价,将主观与客观评价方法有机结合起来,并通过专门研制的海上特征提取实验装置进行对比度特征提取实验分析.结果表明,对比度参数能较好地反映人眼对尾迹图像实际质量的主观视觉感受,更能体现尾迹图像处理应用的本质,且能定量可靠地描述舰船尾迹光学信号特征强度的变化规律.     

舰船尾迹气泡上浮运动的一种表征模型

气泡上浮运动是舰船远程尾迹气泡场特征的重要组成部分。本文首先综合考虑水中气泡上浮与扩散传质这两个相互耦合的因素,构建了能够表征舰船远程尾迹场中气泡上浮运动的数学模型：进而利用该模型计算分析了远程尾迹气泡场气泡数密度的变化情况,计算值与实验结论吻合良好,表明了该模型的正确性与应用价值。     

舰船主尺度参数对舰船气泡尾流几何特性的影响

为了解舰船主尺度参数对尾流中气泡分布的影响,为依据尾流特征识别舰船,激光、声探测舰船尾流以及鱼雷的尾流自导提供依据,采用热分层环境下舰船远场尾流中气泡数密度分布计算的数学模型.首先数值计算驱逐舰尾流中气泡数密度的衰减规律,并与实测结果进行比较,二者定性符合得较好.然后利用该模型数值计算3种典型舰船的气泡尾流几何分布特性,分析船长L、船宽B、吃水T、长宽比L/B以及长度吃水比L/T等舰船主尺度参数对气泡尾流长度、宽度、深度及横截面分布的影响规律.     

双桨船势伴流分数的计算与分析

采用边界元方法对8301双尾船、HS80高速客船以及大径深比FT8601推轮共3艘内河双桨船型的势伴流分数进行了计算，探讨了势伴流占总伴流的比例以及桨盘处势伴流的分布规律，得出了一些初步结论。结果表明双桨船势伴流分数占总伴流分数的比例并不大，因此若用预估单桨船的伴流分数公式来预估双桨船是不可行的。     

船模伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响

介绍Hoekstra船模伴流修正方法、伴流模拟方法及螺旋桨激振力测量的试验过程。以第16届ITTC推荐的Sydney Express桨为研究对象，在上海船舶运输科学研究所空泡实验室用网格方法模拟船舶艉部流场，通过布置在桨模上方相应位置平板上的5个传感器进行了脉动压力测量。比较螺旋桨在船模伴流场和使用Hoekstra法换算得到的实船伴流场中工作时激振力的预报值及桨模空泡形态，并与实桨对比，就伴流场修正对螺旋桨激振力预报的影响作了探讨。     

浅吃水肥大型船的尾部线型研究

从分析船舶尾部伴流场对船舶阻力推进,操纵及船体振动性能等影响的观点,研究尾部三维伴流场,介绍尾型与伴流场之间关系及非对称双尾鳍船型的形成。非对称双尾鳍船型与优选的常规双尾鳍船型模型的阻力,自航及伴流场等比较试验结果表明,非对称双尾鳍船具有两大优点,首先,该船型能在浆前方产生一个与外旋浆旋向相反的预旋流,在保持了优良阻力性能前提下可提高外旋浆推进效率8％,获得阻力,推进,操纵各性能间的最佳配合,第二,轴向伴流分布比较均匀,满足BSRA5项衡准指标,改善了螺旋浆工作的流场条件,减少了螺旋浆产生空泡及其诱导船体激振的危险,使节能与减振得到统一,最后还介绍了该船型首制船“宁安1号”的实船测试结果及其由船模试验预报实船性能的一致性。     

PARNASSOS与肥大型船的尾部水动力优化

以某肥大型船为研究对象，系列变化其尾部线型，然后利用荷兰MARIN水池开发的粘流计算软件PARNASSOS计算尾部流场，分析粘性阻力和伴流场随线型的变化规律，总结了肥大型船尾部优化时要注意的问题。