复杂海洋环境水下航行体低频声传播损失计算方法综述

本文对国内外水下航行体低频声学特征传播损失计算的传统方法和改进方法进行综述,并针对复杂海洋边界条件、三维海洋环境等问题的传播损失仿真计算的适用性进行分析,提炼并总结了复杂海洋环境下传播损失计算方法的研究现状。未来,水下航行体声传播损失研究将更加聚焦于低频声传播特性、声场时-空-频相干特性以及两极冰区环境下的声传播规律等问题,进一步提高传播损失计算方法在复杂海洋环境下的准确性和稳定性是重点研究方向。     

基于被动声呐方程的水下航行器声学安全态势研究

针对水下航行器声探测效能定量评估需求,以被动声呐方程为基础,建立窄带水声探测模型,定量给出水下航行器辐射噪声声源级、海洋声场传播损失、海洋环境背景噪声级等声学安全态势评估输入参数,经信号处理得到了接收设备阵列响应。在此基础上,基于统计检测理论明确了水下目标探测距离,完成了水下目标安全态势分析。研究表明,水下航行器辐射噪声峰值线谱对声呐探测效能影响显著,峰值线谱的有效控制是优化水下航行器声学性能的关键。     

基于声辐射模态的水下航行器传感器优化配置研究

本文研究当水下航行器外壳体振动传感器总数确定之后,如何利用这有限个数的传感器得到更多航行器壳体振动信息,从而更准确地评估航行器当前声隐身状态的问题。基于结合声辐射模态理论,给出传感器优化配置方法和步骤,并利用类似水下航行器的椭球壳体结构作为研究对象进行仿真,对该方法进行验证。研究结果表明,针对类椭球结构的水下航行器,低频段壳体传感器应布置在两端及中间位置。     

水下航行器被动声引信波形和空间特性分析

针对水下航行器被动声引信使用条件的特殊性,讨论了水下航行器被动声引信接收的目标辐射噪声波形特性和空间特性.计算了实测噪声数据的偏度、峰度、自相关函数和频谱,讨论了噪声的分布特性、时间相关性和频域特性.考虑换能器接收指向性和典型态势,建立了被动声引信目标辐射噪声的空间模型并进行仿真分析.计算和分析结果表明,水下航行器被动...     

通气超空泡形态及视景仿真研究

超高速航行器在水下运动时,其大部分表面被超空泡包裹,构成了一种新的流体动力布局,运动模式和运动特性完全不同于常规水下航行器。为了分析超高速水下航行器运动的稳定性,本文对超空泡生成机理进行研究,给出描述超空泡形态的数学模型,得到不同影响因素作用下超空泡形态的变化规律。为验证超空泡实时生成效果和超高速水下航行器运动过程各种动作功能,采用Vega Prime构建三维虚拟环境,在此基础上设计超空泡视景演示系统,通过ADI仿真系统实时解算超空泡和水下航行器运动数据来驱动超空泡视景系统,逼真地演示超空泡动态生成过程以及水下航行器高速运行轨迹和"空泡+航行器"的相对运动关系等关键技术。     

通气超空泡形态及视景仿真研究

超高速航行器在水下运动时,其大部分表面被超空泡包裹,构成了一种新的流体动力布局,运动模式和运动特性完全不同于常规水下航行器。为了分析超高速水下航行器运动的稳定性,本文对超空泡生成机理进行研究,给出描述超空泡形态的数学模型,得到不同影响因素作用下超空泡形态的变化规律。为验证超空泡实时生成效果和超高速水下航行器运动过程各种动作功能,采用Vega Prime构建三维虚拟环境,在此基础上设计超空泡视景演示系统,通过ADI仿真系统实时解算超空泡和水下航行器运动数据来驱动超空泡视景系统,逼真地演示超空泡动态生成过程以及水下航行器高速运行轨迹和“空泡+航行器”的相对运动关系等关键技术。     

超空泡航行器流体动力仿真

利用超空泡技术来突破水下航行器的速度屏障.超空泡航行器在水下运动时,其大部分表面被超空泡包裹,构成了一种新的流体动力布局,运动模式完全不同于常规航行器,其受力状态也极其复杂.为了进一步分析超空泡流场中航行器受力特性,先描述了超空泡形态,分析影响超空泡变形的主要因素,然后对超空泡流场中的航行器出现的流体动力进行分析,并且对流体动力进行线性处理.本研究结果有利于航行器运动特性分析.     

水下高速航行体超空泡减阻特性数值模拟研究

利用CFD商业软件Fluent6.2对水下高速航行体超空泡流进行了数值模拟研究,计算了带圆盘与圆锥两种头部空化器航行体的阻力特性,详细分析了空化器直径、锥角、航行体长细比对超空泡减阻特性的影响,并计算了高速水下航行体自然超空泡减阻率,结果表明,在超空泡形态下,带圆盘空化器头部的水下高速航行体,更加有利于超空泡的减阻,超空泡减阻率可达95%以上.研究结果为进一步研究水下高速航行体的结构设计和水动力布局提供了理论参考.     

一种水下航行器运动自导航及轨迹跟踪方法

水下航迹是水中运动物体的重要参数之一,通过航迹可以推算出水中运动目标的航速、回转半径等信息。本文介绍一种针对于水下自主航行器运动自导航及轨迹跟踪的方法及其工程实现,该方法采用声学定位原理,可以使水下自主航行器自身和船载指挥平台精确掌握航行器在水下的位置信息,对于自主航行器自身实现自导航和位置修正以及岸站指挥人员即时掌握水下自主航行器在水下的位置、速度及机动情况等态势信息有重要意义。     

基于Kriging代理模型的水下目标模型几何参数识别方法

[目的]水下目标参数识别可为目标分类识别提供依据,为此,提出一种基于Kriging代理模型的水下目标参数识别方法。[方法]首先,对敷设声学覆盖层的水下目标模型在螺旋桨和主辅机激励情况下的结构表面低频振动声辐射与声辐射灵敏度进行分析;然后,基于分析结果建立低频声辐射功率代理模型,并基于该代理模型构造由低频声辐射响应特征和目标参数组成的样本空间;最后,基于所构建的样本空间,建立目标参数识别代理模型并选取测试点进行模型验证。[结果]结果显示,测试样本的实际目标参数值与所构建代理模型的目标参数预测值吻合良好;利用有限元法和边界元方法可以实现考虑阻尼材料频变特性的黏弹性阻尼结构的低频声辐射分析,并能解决商业软件无法大批量处理振动结果文件的问题;影响水下目标模型低频振动声辐射的主要目标参数为目标长度、最大半径、基层壳厚度和声学覆盖层厚度。[结论]基于Kriging代理模型的水下目标参数识别方法可以通过声辐射线谱特征准确预测水下目标模型的主要目标参数值。     

不同模型及不同载荷形式对单层圆柱壳声振特性的影响分析

螺旋桨轴系激励作用下水下航行器的尾部结构会产生低频辐射噪声,针对尾部结构的声振特性开展研究很有必要。本文以水下加肋圆柱壳为对象,采用有限元耦合声学边界元计算了加肋圆柱壳的辐射声功率,针对尾部噪声分析的3种模型:整体三维模型,尾部三维模型+首部梁模型的混合模型,尾部截断模型,分析讨论3种不同模型处理方法对声辐射特性的影响。结果表明采用尾部截断模型计算辐射声功率时在低频段与整体三维模型的误差较大,混合模型在趋势上与整体三维模型吻合较好。对比尾端部不同方向激励力对环肋圆柱壳声辐射特性的影响,结果表明横向和垂向激励对环肋圆柱壳的辐射声功率没有影响,但是对远场声压指向性有较大影响。     

任意路径航行的水下航行器回波特征研究

本文阐述基于频域间接法的板块元基本原理,建立水下航行器三维网格模型,提出以任意路径运动的水下航行器回波特征预报方法。通过开展1∶20缩比的Benchmark潜艇回波特性水下声散射试验,验证了上述预报方法的准确性。研究表明,预报方法能够预测水下航行器以任意路径航行的回波特征,对水下运动目标的探测与识别有一定意义。     

水下航行器推进器-轴系-壳体系统声振特性研究

本文针对尺度相对较小的水下航行器,建立了推进器-轴系-壳体系统动力学模型。运用三维声弹性理论和三维水弹性声学分析软件,计算了典型激励力作用下系统的振动特性,得到了推进器-轴系-壳体系统在螺旋桨和轴上纵向和横向非定常单位激励力作用下的声辐射规律。     

舰艇声隐身技术研究用消声风洞设计

目前在舰艇声隐身技术领域中,螺旋桨噪声和流噪声机理研究所需要的实验手段存在明显不足,为弥补这一不足,利用空气中消声比水中容易的优势,借鉴气动声学的研究方法和实验手段,从原理分析、数值仿真和实验验证等方面,探讨了舰艇声隐身技术研究用消声风洞的一些重要设计问题,包括风洞气流通道的布局形式以抑制驱动系统的传递噪声、实验测试段的非对称布置以获得远场声学测点、低频噪声控制的实现等。舰艇声隐身技术研究用消声风洞的设计方案得到了实验结果的验证,消声风洞成为舰艇螺旋桨噪声和流噪声机理研究的一种新的实验设施。     

舰艇声隐身技术研究用消声风洞设计

目前在舰艇声隐身技术领域中,螺旋桨噪声和流噪声机理研究所需要的实验手段存在明显不足,为弥补这一不足,利用空气中消声比水中容易的优势,借鉴气动声学的研究方法和实验手段,从原理分析、数值仿真和实验验证等方面,探讨了舰艇声隐身技术研究用消声风洞的一些重要设计问题,包括风洞气流通道的布局形式以抑制驱动系统的传递噪声、实验测试段的非对称布置以获得远场声学测点、低频噪声控制的实现等。舰艇声隐身技术研究用消声风洞的设计方案得到了实验结果的验证,消声风洞成为舰艇螺旋桨噪声和流噪声机理研究的一种新的实验设施。     

双层圆柱壳的抗冲击特性研究

为提高水下航行器的隐身性能,通常在其表面敷设各种声学覆盖层,由于声学覆盖层含有空腔的特殊结构形式,该结构形式在受到爆炸冲击波作用时,腔体将产生变形并吸收能量,从而改善水下航行器的抗冲击性能.文章基于ABAQUS软件,研究了敷设声学覆盖层的加筋双层圆柱壳结构的冲击特性,得到了敷设声学覆盖层的双层圆柱壳结构的抗冲击性能随声学覆盖层敷设方式及其结构形式的变化规律;并在此基础上,给出了兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计及性能参数的优化建议.     

敷设声学覆盖层的水下航行体低频目标强度分析

水下航行体常采用声学覆盖层降低自身的目标强度,提高隐蔽性。采用耦合有限元方法,分析敷设声学覆盖层的水下航行体的低频目标强度。分别计算了艏部方向和正横方向入射的双壳体标准潜艇模型的目标强度,其中外壳和内壳均敷设声学覆盖层,并且和未敷设声学覆盖层的模型进行对比分析。结果表明,对于艏部方向,声学覆盖层能明显降低目标强度;而对于正横方向,声学覆盖层不能有效降低目标强度。此外,声学覆盖层除了能降低目标强度外,还会改变目标强度的起伏特性。     

低速水下航行器惯性调节系统的建模仿真

水下航行器低速运动时舵效低,主要通过注、排水来改变质量等惯性参数实现一定范围内的运动姿态调节。为了分析低速水下航行器运动姿态惯性调节策略的可行性,模拟水下低速航行器与其惯性调节系统的耦合动力学特性,本文基于AMESim和Simulink建立了水下航行器的联合仿真模型,实现了水下航行器惯性调节系统的参数化快速建模和工况仿真。以某小型水下航行器为例,通过双环PID控制惯性调节系统,改变航行器的运动姿态,使其在受到海浪等干扰后快速恢复到初始深度,验证了系统的有效性。     

微功耗单片机的水声数字通信系统设计

随着海洋开发和水中兵器的需要,水声数字遥控系统水下得到迅速的发展,且将在水下通信、遥测、水下航行器的控制等方面有着广阔的应用前景。本文研究的内容主要是微功耗水声数字遥控系统的设计与实现。     

水下非声探测与隐身技术综述

非声隐身技术的重要性日益凸显,本文从分析舰艇的磁场、电场和尾迹这几种国外重点关注的非声特性入手,介绍了国外的非声探测手段和探测水平,分析了水下非声探测的机理;在此基础上,本文介绍了国外磁场、电场、尾迹、雷达波和可见光等先进非声隐身单项技术的发展现状和特点,分析了水下非声隐身技术的原理;最后对非声隐身技术的发展趋势进行展望。