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.     

隔声去耦瓦声学性能有限元及实验研究

从微观和宏观两个方面对隔声去耦瓦的声学性能进行了研究。首先基于有限元法，当声波斜入射时，对空腔周期分布的隔声去耦瓦敷设在钢板上及位于水中的声学性能进行了数值计算；然后通过模型实验手段，以一个大尺度双层圆柱结构为实验模型研究了隔声去耦瓦对双层圆柱壳水下声辐射的影响，实验设计了全部敷设、部分敷设、不敷设等工况。结果表明：钢板背衬时，含圆柱型空腔的隔声去耦瓦随着入射角度的增大，共振频率保持不变，在中高频段，隔声去耦瓦对垂直入射的声波吸收性能最佳；当隔声去耦瓦为水背衬时，随着入射角变大，含圆柱腔隔声去耦瓦声反射增强，透射减弱；对于单点机械激振，隔声去耦瓦能有效抑制双层圆柱壳中高频段的振动及声辐射，且内外壳全敷设隔声去耦瓦后对抑制壳体的声辐射最为有效；而对于声源激励，隔声去耦瓦在整个频段上都有较明显的降低辐射噪声的作用。     

部分敷设隔声去耦瓦的双层壳声学特性研究

通过物理实验研究双层圆柱壳部分敷设隔声去耦瓦时结构的声学性能,基于有限元法和边界元法,讨论部分敷设隔声去耦瓦以及敷设部位对结构声辐射性能的影响,结果表明:部分敷设对结构整体降噪效果并不明显,如果要减小结构的辐射,在条件允许的情况下应尽量选择全部敷设;不同的敷设部位"阻隔"声辐射的效果是比较明显的,但对振动的影响没有明显规律,结构的振动响应与隔声去耦瓦和结构形式的关系都比较密切,而并不是仅与隔声去耦瓦的敷设部位有关。     

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。     

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。     

静压下考虑腔压的吸声覆盖层吸声性能分析

[目的]潜艇外壳表面敷设的水下吸声覆盖层在高静水压力作用挤压后的形状、材料参数都会发生改变,使吸声性能受到较大影响,故研究此影响对于潜艇声隐身性具有重要意义.[方法]考虑空腔内压力对静压下覆盖层形变的作用及吸声性能的影响,基于轴对称有限元仿真,计算含圆柱形空腔水下吸声覆盖层的单胞变形;将形变量导入吸声覆盖层的一维理论模...     

水下加筋圆柱壳体的振动与近场声辐射研究

从实验和理论计算两个方面，对敷有隔声去耦材料的水下加筋圆柱壳体振动和声辐射进行讨论分析。实验分为三种工况：双壳全部敷设、双壳60％敷设和双壳不敷设隔声去耦材料，实验结果数据包括模型的振动加速度和辐射声压。理论计算采用有限元结合边界元技术计算模型的低频特性，采用统计能量分析计算模型的中高频特性。通过对实验和计算结果的对比分析，证明隔声去耦材料在200Hz以上能明显减小结构振动和降低辐射噪声。另外，还发现有限元结合边界元的计算结果只在700Hz以下与试验结果吻合较好，这说明传统的FEM＋BEM和统计能量分析在计算复杂结构声振耦合系统时的适用频率范围是不同的，前者适合低频问题，后者适合中高频问题，它们具有互补性。     

声隐身超材料发展综述

随着声呐技术逐步实现低频探测等特点,声隐身技术的发展面临巨大挑战。声学超材料是一类具备超常物理特性的人工复合材料,可以实现小尺寸结构对大波长(低频)声波传播的抑制。从减隔振、吸隔声以及声目标强度3个方面分析声学超材料的特性,探讨声学超材料用于水下航行器声隐身的前景。与传统材料相比,声学超材料在降低水下航行器低频辐射噪声,牵引新型声隐身技术的发展方面有着广阔的应用前景。     

多层声学覆盖层复合的有限长弹性圆柱壳声辐射特性研究

针对水下双层圆柱壳内外壳体各表面敷设隔声阻尼层的情况,建立了有限长多层复合加实肋板的双层圆柱壳水下声辐射计算模型.对模型采用模态展开法,系统考虑壳体与隔声层和实肋板耦合,外表面声学覆盖层作用和外部声场耦合,并以状态矢量对应的矩阵形式导出复合壳体辐射声功率的计算表达式.数值计算了隔声阻尼层和外场声学覆盖层层参数,实肋板参数和壳体阻尼对模型辐射声功率的影响.研究结果表明:有实肋板时阻尼层的降噪量最高接近15dB,实肋板的声短路作用限制了隔声阻尼层的降噪效果;双层隔声阻尼层比单层隔声阻尼层降噪效果好3-4dB.外场声学覆盖层受实肋板影响较阻尼层小,其降噪量达10dB左右.     

六韧带手性蜂窝结构覆盖层的动态压缩行为研究

舰船湿表面敷设的吸能覆盖层能起到一定的抗冲击作用.利用显示动力学有限元软件Abaqus建立该结构的有限元分析模型,研究以超弹性材料为基底的六韧带手性蜂窝结构覆盖层的动态压缩行为,分析覆盖层在动态压缩过程中的变形特征、加速度、应力以及整体的能量吸收等物理参数随时间的变化特性.结果表明在相同载荷、不同冲击速度作用下覆盖层结构的宏观变形模式不同;随着初速度的增加,覆盖层结构的动态压缩行为以及能量吸收表现愈加明显.     

基于边界元法的带空泡航行体的附加质量研究

采用边界元法计算了水下航行体在不同空化数下的定常轴对称空泡形态及流场。考虑航行体在此定常基本流中作刚体微幅振动,基于船舶有航速辐射水动力的计算方法,在频域中计算了带局部空泡航行体的轴向、横向和转动附加质量(惯性矩)。研究了带空泡附加质量与振动频率的关系。高频时,各附加质量分量都趋于定值;低频时,附加质量随频率迅速变化,其中轴向附加质量甚至变成负值。针对这种特殊的现象,从含有空泡面的流场对航行体非定常扰动的响应特征出发,给出了一种解释。     

水下发射航行体空泡、气泡和自由面相互影响的理论研究

基于势流理论、细长体理论和奇点分布法,对水下发射过程中的航行体空泡、自由面和筒口气团的相互影响开展了理论研究。文中用一个奇点模拟气团、用沿轴线分布的奇点模拟细长体形状的航行体和空泡,建立了自由面影响下的气团和空泡相互耦合的动力学模型,提出了非定常流场中带气体泄漏现象的含气空泡的压力估算方法。实验结果验证了文中提出的模型的合理性。     

通气空泡的形态特性研究

通气空泡的形态直接影响水下航行体的航行性能,文章采用数值分析方法对二维典型平头型航行体在不同通气孔位置、通气流量、通气角度条件下通气空泡/超空泡的形成,以及有侧壁干扰作用下的通气空泡形态进行分析.研究结果表明:上述各通气参数的合理配置对稳定超空泡的形成至关重要,且必须对洞壁影响下的试验结果进行修正.     

智能水下机器人发展现状及在军事上的应用

21世纪是海洋的世纪,水下机器人在军民领域均具有广泛的应用,智能水下机器人是水下机器人技术的发展方向。详细介绍了各国智能水下机器人的发展与研究现状,描述了未来无人化作战体系,分析智能水下机器人在未来无人化作战体系的军事应用,指出军用水下机器人未来的发展趋势。     

水下运动物体在相互接近过程中的水动力计算

用面元法计算了两个水下物体在相互接近过程中对水动力的影响，给出了水动力系统系数随物体间距离的变化曲线。该计算程序经对圆球的计算值与试验值比较了得到了验证。本研究对水下双潜器的近距离协同作业和潜器在接近障碍物过程中的运动控制能够提供较好的数学模型。     

Modeling and calculation of acoustic radiation of underwater stiffened cylindrical shells treated with local damping

Damping materials are widely used and playing an essential role in reducing the vibration and noise of various ships and underwater vehicles. In practical engineering, damping materials are often applied over the structural surface of ships and underwater vehicles. They are generally distributed not evenly in the whole area, but locally in some vital regions. The stiffened cylindrical shell is the most representative configuration for the main structure of underwater vehicles. Therefore, research on modeling and calculation of underwater acoustic radiation from stiffened cylindrical shells locally treated with damping has high practical value. This paper introduces a mixed analytical-numerical acoustic-vibration interaction method to achieve efficient calculation of the vibration and acoustic radiation from a locally damped cylindrical shell immersed in water. Two kinds of vibration and noise reduction measures are proposed for the damping treatment of a large-scale stiffened cylindrical shell structure. Calculation and analysis are carried out for both measures. The results can provide reference for developing the technology of reducing vibration and noise from ships and underwater vehicles via damping treatment.     

Advanced FNN control of mini underwater vehicles

Fuzzy neural networks （FNN） based on Gaussian membership functions can effectively control the motion of underwater vehicles. However, their operating processes and training algorithms are complicated, placing great demands on embedded hardware. This paper presents an advanced FNN with an S membership function matching the motion characteristics of mini underwater vehicles with wings. A leaming algorithm was then developed. Simulation results showed that the modified FNN is a simpler algorithm with faster calculations and improves responsiveness, compared with a Gaussian membership function-based FNN. It is applicable for mini underwater vehicles that don＇t need accurate positioning but must have good maneuverability.     

水下运载体集群定位导航信息生成技术研究

水下运载体集群多目标协同活动条件下,实时获取多目标准确定位导航信息,是完成任务的重要保障。本文介绍了水声定位技术的几种类型,分析了用惯性/水声组合导航技术解决此问题的可行性,文章最后给出了水下运载体集群多目标定位导航信息生成方案。     

高速无舵翼水下机器人运动控制研究

通过改进传统水下机器人体系结构中的执行层、控制层和感知层,提出了无舵翼水下机器人的运动控制系统,使得水下机器人的运动控制系统在保持原有精确定位的功能外,也能完成远距离高速航行等任务.具体的改变包括执行层中的推进器布置方式以及推力分配方案、控制层中的控制方法以及在感知层中加入局部目标规划器,这些改变解决了高速航行给无舵翼水下机器人带来的一系列问题.海上进行的对比试验和远距离长航试验,验证了无舵翼水下机器人在所提出的运动控制系统控制下是可以满足任务要求的.     

旋翼类飞行潜航器的发展及关键技术

飞行潜航器(Unmanned Aerial Underwater Vehicle,UAUV)在水空搜救、水下结构物探测具有广阔的应用前景.本文通过对主要飞行器、水下航行器的比较分析,认为多旋翼飞行器是目前技术条件下最适合水空2种环境使用的构型.综述国内外主要旋翼类飞行潜航器(Multi-Rotor Unmanned Aerial Underwater Vehicle,MUAUV)的研究和发展现状,分析旋翼类飞行潜航器的特点,论述飞行潜航器发展急需解决的关键技术.