基于矩量法的舰艇设备辐射电磁环境预测

借助电磁场数值计算方法,对舰艇设备辐射电磁环境预测技术作了一定研究.根据等效原理及电磁场的连续性原理,由设备近场扫描数据在其辐射口径面上确立等效磁流源及设备与等效源之间联系的电场积分方程,按矩量法原理将电场积分方程转换为矩阵方程并求解,再由等效源计算预测设备辐射电磁环境,计算预测过程用MATLAB语言编写程序代码实现.为了验证理论及演算过程的正确性,设计了验证试验,试验数据与预测结果相比较,一致性较好.     

从近场测量估算舰船的辐射噪声级

最近，有必要从近场测量来确定海洋舰船噪声的远场特性。虽然，通过运用Ｈｅｌｍｏｌｔｚ积分方程可以从近场测量计算出远场特性，但是，这种方法是不实际的。因为要做到这样，必须要有大量的点。本文给出一个简便的方程来计算海洋舰船的源级，该方程被用来从近场数据估算远场特性，其估算结果与舰船的实验结果取得良好的一致。     

无限长圆柱障板上共形曲面开孔声辐射研究

文章推导了无限长圆柱面上点源声辐射公式,在此基础上进一步推导了圆柱面上共形曲面圆孔为活塞声源的远场声压及指向性,近场声压及辐射阻抗。对给定尺寸圆柱和开孔,将有关结果与无限大平板上圆形活塞声辐射的结果进行了计算对比,得到具有一定工程价值的研究结论。     

粘性流体通过二维振荡圆柱的声辐射研究

本文建立了一个低马赫数下的求解远场声密度的数值模型,该模型利用Navier-Stokes方程计算二维粘性流体通过固定/弹性支撑圆柱的流场,利用Lighthill声比拟理论计算该流场产生的水动力噪声.文中仔细地给出了远场二维声辐射的公式.利用这些公式分别讨论了不同雷诺数下(Re<200和Re>5000)固定/弹性支撑圆柱绕流的声辐射.     

基于边界等效源的舰艇磁异常推算技术研究

用等效源法实现舰艇磁异常推算通常将等效源置于舰艇所占空间内,其位置分布参数常依赖人为经验确定,从而直接影响了等效源法在舰艇磁异常推算中的通用性。针对该问题,从边界积分理论及等效原理出发,分别建立了以边界单层源、双层源和混合源为未知量的边界等效源舰艇磁异常推算模型。与应用于舰艇磁场建模中传统等效源法相比,其等效源只需分布于边界面上,从而大大降低了人为因素的影响。基于磁场测量值来求解边界等效源磁性参数属磁场逆问题,磁场测量数据中信息量的不足通常使其表现出一定的病态性。为减小测量误差等因素对计算结果的影响,应用截断奇异值分解方法对模型进行了求解,并分析了所用磁场数据类型对建模的影响;采用数值算例和船模实验对边界等效源舰艇磁异常模型进行了分析比较。结果表明,基于截断奇异值分解方法求解的边界等效源舰艇磁异常模型,可有效克服传统等效源法在舰艇磁异常建模中的不足,推算结果令人满意。     

基于声全息法的水下复杂圆柱壳体远场辐射声场计算及试验验证

针对水下圆柱壳体结构,采用声全息技术建立了由近场声预报远场辐射噪声的方法.在波数域内对近场声与远场辐射噪声的关系展开分析,建立了结合近场声信息提高远场辐射噪声特征分析及评估精度的工程实用化方法.通过加肋圆柱壳的算例验证了方法的正确性,为方法的实际应用提供理论指导.结合模型试验的结果对方法进行了进一步的对比验证.     

基于迁移矩阵法的锥柱结合壳固有振动特性分析

基于迁移矩阵法给出了圆柱壳、圆锥壳以及锥柱结合壳的运动矩阵方程,给出了精细积分以及Runge-Kutta-Gill法的矩阵方程求解方法,大幅提高了求解精度及效率。进一步以不同边界条件下圆柱壳、圆锥壳和锥柱结合壳为算例讨论了锥柱耦合后圆柱壳及圆锥壳自身振动频率的变化。算例结果与有限元软件Ansys对比,验证了本文矩阵方程及求解方法的可靠性。     

三维移动源格林函数的新表达式及其数值积分研究

文章以三维移动脉动源格林函数为基础,推导了频率为零有航速时该函数的数学表达式,即定常移动兴波源格林函数,该函数包含Rankine源及其关于静水面的镜像源项、近场扰动项和远场传播项。与一般的移动源格林函数相比,该表达式不存在无穷间断点带来的奇异性,且积分区间变为一般表达式积分区间的一半,在积分计算中具有较大的数值优势。依据近场扰动项和远场传播项的函数特性,提出采用变步长自适应Simpson法和数学变换方法以提高数值积分计算的稳定性,构建了一套完备的兼顾积分效率和精度的数值积分方法。分析新引入的复变函数特性发现,其伪奇异性与Kelvin源传播波的传播范围相对应,且伪奇异性点的个数最多为两个,积分计算过程中可通过寻根公式快速直接求解伪奇异点。数值计算结果表明,文中提出的方法和计算程序可靠,适用于不同航速和任意源点、场点位置条件下的移动源格林函数及其偏导数的数值计算。     

加周期纵肋圆柱壳声辐射

本文研究了水中加周期纵肋圆柱壳在点力激励下的声辐射特性.壳体振动采用薄壳理论的Donnell方程描述,纵肋振动采用相互独立的梁的纵振动和弯曲振动方程描述.通过周向模态展开和轴向Fourier变换导出圆柱壳体径向振速表达式,使用波数域稳相法积分得到了远场辐射声压的解析解.数值计算给出了接收点正对激励点情况下的远场辐射声压级,并据此进行了机理分析.在加周期纵肋无限长圆柱壳中存在两类辐射机理:亚音速的弯曲波辐射和超音速的Bloch弯曲波分量辐射.由于圆柱壳体表面存在曲率,亚音速的弯曲波也能辐射极小部分能量到远场,并形成频带极窄的共振峰.加周期纵肋圆柱壳在周向是一种无限周期结构,存在多阶次的Bloch弯曲波.低于水中声波数的Bloch弯曲波分量能够通过相位匹配的方式高效辐射到远场.Bloch弯曲波的辐射存在一定的频率下限,其下限与纵肋的间距有关,纵肋间距越大辐射的频率下限就越低.     

矩量法分析三维介质目标的电磁散射

采用电磁场积分方程（EFIE、HFIE）结合矩量法分析了介质球、介质圆柱、介质立方体的电磁散射问题。介质目标表面的剖分用三角形面元，面元上的电磁流分布用子域基函数表示，用伽略金法将电磁场积分方程转化为矩阵方程，并求解矩阵获得电磁流系数。     

测量探头在电磁场计算中的影响

评估了测量探头对一个电磁源的远场和近场的影响。测量时，测量探头将对电磁场产生干扰，因此，测量的场是受到干扰的场，而不是自由空间场。这种干扰不能通过校准来完全消除，尤其是对近场。对于一个十分敏感的测量探头，其对近场的干扰远大于远场。研究说明，当干扰必须小于一个预定值时(如5％)，可选择一个灵敏度最大而适合的测量探头。这可以利用一个数值电磁计算程序来完成。     

刚性壁存在下的水下圆柱壳结构的声振特性研究

通过引入镜像原理来处理海底或码头壁面处的边界条件,基于Flügge壳体振动方程和赫姆霍兹方程,建立了在海底或码头壁面存在下的半无限域中圆柱壳结构与声场的耦合振动方程,最后利用稳相法得到了远场辐射声压的近似表达式.对海底或码头壁面存在下水下圆柱壳结构的远场辐射声压进行了计算并与无限域中的结果进行了对比分析,研究发现,海底或码头壁面的存在对水下圆柱壳结构的辐射声场有重要的影响.     

近自由面三维水翼的水动力时域分析

基于格林定理,将Bankine源和偶极子置于边界面上,用时间步进法计算了近自由面条件下的三维水翼的势流场.其中在自由面采用线性自由面边界条件,在尾涡面上采用偶极子布置以满足Kutta条件.影响系数中的奇异积分及非奇异积分都采用一种精确积分的方法计算.文中确定了计算模型和参数,给出了不同航速、展长及浸深下的数值计算结果,并与相关文献结果进行了对比,证实了该方法是一种可靠、有效的时域算法.     

浅水中下潜物体有航速辐射问题的数值解

开发了一种基于非均匀有理B样条(NURBS)的Rankine源高阶面元法用于求解浅水中下潜物体有航速辐射问题。基于势流理论,流场中的扰动速度势用物体表面和自由面上分布的Rankine源来表达,同时用映像法计及水底的影响;采用NURBS曲面精确表达物面和自由面,在求出边界面上的未知源强后,物体表面的速度势分布用B样条表示;采用配置方法对边界积分方程进行求解,采用高斯—勒让德公式计算方程中的积分,同时开发了一种解决数值积分中奇异性问题的方法。采用文中数值方法求解了浅水中下潜圆球的有航速辐射问题,计算得到了下潜圆球水动力系数和自由面波形,所得水动力系数计算结果和他人的计算结果进行了比较,其吻合程度良好,从而验证了文中开发方法的有效性。     

基于传递矩阵法的纵肋圆柱壳振动特性计算

基于传递矩阵法,结合振动微分方程,提出一种计算纵肋圆柱壳自由振动特性的周向传递矩阵法.该方法基于板壳理论和圆柱壳振动控制方程,推导出圆柱壳周向传递的场传递矩阵和纵肋处的点传递矩阵,结合圆柱壳边界条件,得到频率方程,利用精细时程积分法原理,可保证计算的精度.将计算结果与有限元解进行比较,验证方法的有效性,同时比较传递矩阵...     

水下圆柱壳振动与声辐射低频等效计算方法

为了提高水下大长径比圆柱壳低频振动响应和辐射声功率的计算效率,该文提出了一种用水下梁模型等效计算的方法。该等效模型基于欧拉梁理论,采用附加水质量近似流固耦合作用,通过计算梁的等效杨氏模量系数,使其与圆柱壳的梁式弯曲振动模态对应。计算表明,对大长径比简支圆柱薄壳（L/a＞20）,等效梁杨氏模量系数主要取决于结构长径比,而厚度对其的影响甚小。文中还给出了不同长径比圆柱壳前五阶模态频率的等效杨氏模量系数曲线,利用梁模型并结合此曲线,可准确预报水下圆柱壳低频域辐射声功率和圆柱壳的梁式弯曲振动模态。     

用混合场积分方程分析时域电磁散射

给出了三维任意形状导体电磁散射的时域积分方程(TDIE)精确求解方法.利用参数坐标和Duffy坐标变换精确高效地计算时域积分方程矩量法的时域自阻抗矩阵元素.通过计算实例表明,该方法在较大的时间步长取值范围内大幅提高了利用时间步进(MOT)算法求解时域积分方程的后时稳定性和解的精度,且采用CFIE比用EFIE或MFIE更稳定.     

有限长加筋圆柱壳水下声辐射的精细传递矩阵法

基于传递矩阵法,结合非齐次项的精细积分方法,提出了一种求解加筋圆柱壳动响应的精细传递矩阵方法。该方法基于圆柱壳结构的一阶振动微分方程,得到加筋圆柱壳的场传递矩阵和点传递矩阵,结合非其次项的精细积分方法和增维存储的办法考虑广义声压激励的作用。利用流固耦合交界面处的连续条件,实现声压系数的求解。开展了模态收敛性分析,并将数值计算结果与试验结果进行对比,验证方法的有效性。同时分析了边界条件及环肋数目等对声辐射的影响。     

一种处理高阶面元法中奇异积分的方法

对高阶面元法中奇异积分问题进行数值研究,根据面元的大小以及面元到场点的距离,把整个曲面积分分为远场、近场两类,分别对其使用不同的方法以处理Rankine源项所引起的积分奇异问题,对三维球体、椭球体进行数值计算,将结果与解析解和其他方法的计算值的比较表明此计算方法是有效的。     

基于ADINA有限元软件的圆柱绕流三维数值模拟

利用ADINA有限元计算软件建立基于N-S控制方程的圆柱绕流三维数学模型,模拟不可压缩粘性流体中单个固定圆柱的绕流问题,计算不同雷诺数(Re)条件下圆柱绕流的压力系数、升阻力系数和Strouhal数等相关参数.通过与物理模型试验结果的对比对该数学模型进行验证,进一步分析在大雷诺数条件下圆柱绕流的三维效应.