GAUSS曲率数值计算及其在船体外板展开中的应用

本文对按照离散型值描述的船体外形,提出了一种Gauss曲率的数值算法,以判别船体曲面的可展性,以解决外板的分段展开问题。 Gauss曲率的数值计算是:把船体曲面按照水线和分段线划分成若干小块曲面,判别每一个小块曲面的可展性可推广到较大曲面的可展性。在小块曲面内,首先计算某一定点处的各个方向上的法曲率,然后求出该点的Gauss曲率数值,并由这一数值大小来判定小块曲面可展的几何特性。 本方法避免了复杂的曲面方程,只采用一些简单的表达式计算,对船舶设计和建造收到了一定的效益。     

双能γ射线油气水多相流相含率测量技术研究

主要研究了基于放射性同位素镅(241Am)及放射性同位素铯(137Cs)两种核素的双能γ射线系统,设计制造了一套多通道前放及脉冲成形放大器、可编程脉冲计数式数据采集系统及探测器高压电源系统,推导了双能γ射线测量方程,讨论了双能γ射线测量方程出现线性相关的条件和提高测量精度应采取的测量技术手段.通过实验数据的分析,发现该双能γ射线系统存在明显的测量误差.在进一步分析实验数据的基础上,找到了产生误差的物理原因,即高能级γ射线产生的康普顿散射的影响,并据此引入了相应的测量修正算法,该修正算法明显改善了系统的测量误差,使该双能γ射线多相含率测量系统实现工业应用成为可能.     

基于SBR的舰船目标多次散射RCS计算

舰船目标存在多次散射效应,计算多次散射的方法与其雷达散射截面预估精确度密切相关.本文从舰船散射特点出发,分析不同散射特点的计算方法,详细分析射线追踪法(Shooting and Bouncing Ray,SBR)计算多次散射的原理,并分别采用射线追踪法与物理光学近视法(Physical Optics,PO)对假定舰船目标进行3次散射特性仿真计算,通过与典型角域表面电流定位的亮点部位进行对比,表明射线追踪法用于预估舰船目标多次散射上能够提高预估精度。     

俯仰角对典型水面目标散射影响分析

论文研究典型水面目标随俯仰角变化的RCS的空间特性,从舰船散射特点出发,分析不同散射特点的计算方法,详细分析射线追踪法、物理光学近似法及等效边缘电流法对假定水中舰船目标进行散射特性仿真计算,分析俯仰角对其散射特性的影响,分析典型峰值,得出典型水面目标的RCS特性随俯仰角的改变而发生改变的结论,俯仰角的散射量值与船体的构型、布局密切相关.     

基于自适应三角化的船舶曲面分段网格细分

结合非结构网格划分相关理论,分析了现有的Delaunay三角网格划分及细分算法的优劣处。针对船舶曲面分段划分注重精度大于计算效率的特性,通过改变自适应算法中的步长值来进行船舶曲面分段的网格细分,再通过Delaunay三角网格划分对自适应网格化后的曲面进行最终三角化处理。文末以船舶曲面分段为例,通过与曲面估算出的曲率云图进行对比,验证细分算法效果的正确性,这在船舶曲面分段展开领域具有一定实用意义。     

舰船进气格栅隐身性分析及灵敏度计算

[目的]舰船进气格栅的几何参数众多,对所有几何参数开展雷达波隐身性优化的计算成本过大,为此,需掌握格栅雷达散射截面(RCS)灵敏度较大的几何参数序列。[方法]以某典型舰船进气格栅为研究对象,开展进气格栅参数化建模、电磁散射计算参数设定和计算方法研究,利用中心有限差分方法计算各几何参数对屏蔽效率的灵敏度。[结果]获取了各几何参数下的雷达波散射特性变化规律和进气格栅隐身优化的几何参数序列,验证了构建的舰船进气格栅隐身性分析及灵敏度计算方法的合理性和可行性。[结论]分析计算结果可应用于舰船进气格栅的雷达波隐身优化设计中。     

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。     

基于耦合边界元法的水下目标低频声散射特性

基于耦合声学边界元理论对水下目标低频声散射特性进行仿真研究。为了验证此数值方法准确性,对水中弹性球壳在平面波入射下的反向散射特性进行数值计算。结果表明,散射声场的数值计算结果和解析解较好吻合。在此基础上,本文探究刚性BeTSSi-Sub[1]和弹性BeTSSi-Sub的全向散射特性,对比发现,刚性BeTSSi-Sub的目标强度大于弹性BeTSSi-Sub的目标强度。通过对形状不同弹性的BeTSSi-Sub的目标强度对比发现,在低频段潜艇上舵对潜艇目标强度的影响比上层建筑的影响大。     

用于船舶电站控制器的交流采样算法研究

对交流采样算法的分析表明,离散傅立叶算法不能算出频率,在非整周期同步采样时误差较大。非同步算法中的加窗插值算法通过加窗插值减小频谱泄漏,不需整周期同步采样,可直接计算频率,对船舶电站采样具有很好的适应性。该算法多针对谐波分析,当用于船舶电站,只计算基波参数时,需选择合理采样方案。通过对算法的分析与推导,选择合理采样方案,在满足精度要求的同时使计算量适中,并应用于船舶电站控制器,很好地满足采样要求。     

水下复杂目标在空间中低频散射场的TSS-FDTD分析北大核心CSCD

[目的]随着人类对海洋资源的逐步开发,海面下运行的航行器数量激增,由此带来的对航行器等水下复杂目标的电磁探测问题亟待解决。[方法]基于总场-散射场源时域有限差分方法(TSS-FDTD)和海面上下表面的场值转换算法,分析水下天线阵列源照射水下航行器目标产生散射场的空间分布规律。通过计算得到水下天线阵列与复杂目标附近区域的场分布、整个水下空间的场分布和海面上方的场分布,并将目标与源在不同相对位置的3组模型在空间中的散射场进行对比分析。[结果]结果表明:在海水内部环境中,不同目标模型的散射场差异较大,通过观测该散射场可确定目标的存在;而在海面上空,不同目标模型的散射场差异较小,通过观测其散射场均值和能量分布情况也能确定目标是否存在。[结论]研究结果可为相似工作频段的探测雷达提供数值参考,为水下航行器探测、水下救援、打捞沉船等工程领域提供技术支撑。     

考虑介质层影响的电磁脉冲耦合传输线模型北大核心CSCD

[目的]Baum-Liu-Tesche(BLT)方程是进行场–线耦合计算的重要方法,在电磁耦合定量分析领域具有广泛应用。经典BLT方程忽略了线缆介质层对入射电场的畸变特性,导致在特定入射、极化方向下的耦合效率计算出现较大误差。[方法]针对该问题,将频域修正的BLT方法引入时域,研究在高空电磁脉冲(HEMP)激励下单根线缆负载电压和电流响应的计算方法,并通过与全波算法计算结果对比,验证模型的正确性。在此基础上,对修正方法所适用的线缆结构(高度、线径、介质层参数等)、入射电场(入射方向、极化方向)特征进行分析。[结果]结果显示,在HEMP激励下,以全波仿真结果为基准,经典BLT模型预测响应结果误差可高达一倍以上,而引入介质层修正系数后的BLT模型准确度显著提高。[结论]该研究验证了BLT修正模型在分析时域场–线耦合问题时的准确性,提出了BLT修正模型的适用性判据,有助于阐明HEMP同实际复杂线缆的相互耦合作用机制。     

Flexural wave bandgap and isolation characteristics of vibration and sound in periodic sandwich plates北大核心CSCD

[目的]旨在研究轻质夹芯板弹性波的传播规律与减振降噪机理。[方法]采用有限元方法结合布洛赫定理,对周期性夹芯板色散关系与弯曲波带隙特性进行研究,分析振动传输特性和声传输特性,研究轻质夹芯板减振降噪特性,并对轻质夹芯板振动传递衰减特性进行实验验证。[结果]研究结果表明,由于布拉格(Bragg)散射调制作用,轻质夹芯板在特定频段存在弯曲波带隙,弯曲振动带隙频率范围内具有良好的减振降噪效果。[结论]轻质夹芯板结构参数对弯曲波带隙具有显著的调节作用,为舰船结构振动噪声控制与声隐身设计提供了新的技术途径。     

船体曲率板感应加热成形工艺研究

[目的]在船舶建造过程中,板材的弯曲成形工艺不仅影响建造成本及周期,而且其成形精度也会影响船舶的水动力性能及其运营成本。[方法]针对船体板材双曲率成形效率低且精度差等问题,首先以感应加热作为热源,实现热弯成形,得到典型的帆形曲率板;然后通过高效的热?弹?塑性有限元(TEP FE)计算及基于弯曲力矩的弹性有限元计算,再现板材双曲率热弯成形的力学响应;同时,研究感应加热过程工艺参数影响板材弯曲成形的力学机理,提出线性逼近迭代二分法,实现板材热弯成形中加热位置和热源移动速度等工艺规划,并进行板材热弯成形过程及参数的有限元计算验证。[结果]结果显示,采用基于规划的工艺参数计算分析所得面外弯曲变形与目标曲率板的弯曲形状相当吻合。[结论]研究结果验证了线性逼近迭代二分法在实际工程应用中的可行性和准确性,并为曲率板成形工艺的优化提供了新的解决方案。     

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。     

基于GPU的海底混响信号快速仿真方法研究

在计算海底混响信号时,根据混响产生的物理机理,以射线声学为基础,用Lambert散射定律计算海底反向散射强度,采用单元散射模型建立海底混响信号模型。利用GPU相比于CPU具有更高的浮点运算能力和内存带宽的特点,采用GPU进行计算海底混响信号。通过对仿真混响信号的处理分析,在散射点较少时,混响信号包络更接近于K分布,而随着散射点的增多,混响信号的包络接近于瑞利分布。符合混响信号的一般统计特性。该方法能快速仿真出混响信号,达到高效的目的,为以后混响信号的实时演示验证提供一条可供选择的途径。     

基于GPU的海底混响信号快速仿真方法研究

在计算海底混响信号时,根据混响产生的物理机理,以射线声学为基础,用 Lambert散射定律计算海底反向散射强度,采用单元散射模型建立海底混响信号模型。利用 GPU相比于 CPU具有更高的浮点运算能力和内存带宽的特点,采用 GPU进行计算海底混响信号。通过对仿真混响信号的处理分析,在散射点较少时,混响信号包络更接近于 K分布,而随着散射点的增多,混响信号的包络接近于瑞利分布。符合混响信号的一般统计特性。该方法能快速仿真出混响信号,达到高效的目的,为以后混响信号的实时演示验证提供一条可供选择的途径。     

转弯航行舰船开尔文尾迹散射特征研究北大核心CSCD

[目的]旨在研究转弯航行状态下舰船产生的开尔文尾迹及其电磁散射特征,为舰船非线性尾迹检测和识别提供理论支撑。[方法]基于已有的开尔文尾迹建模方法和坐标变换,根据转弯航行方向,获得转弯航行舰船产生的开尔文尾迹。利用半确定性面元散射模型(SDFSM)对转弯航行舰船产生的弧形开尔文尾迹进行雷达电磁散射特性仿真分析,计算对比海背景下直线航行舰船开尔文尾迹和转弯航行舰船开尔文尾迹在不同船速及航行角度条件下的面元散射系数分布。[结果]转弯航行舰船开尔文尾迹各成分波在几何模型上存在与直行尾迹不同的几何特征,复合直行开尔文尾迹及转弯航行开尔文尾迹不同成分波在垂直接收-垂直发射(VV)极化条件下的面元散射系数分布图中不同区域表现出具有显著差异的散射特征。[结论]开尔文尾迹散射系数分布图的亮暗度和尾迹不同成分波的波矢量方向与雷达视向的相对关系密切相关。研究结果可为舰船信息感知和探测识别以及隐身等应用提供理论依据。     

基于修正大质量法的船体振动及水下声辐射预报

[目的]大质量法(LMM)可将设备机脚的激励加速度转化为力载荷,是结构振动响应与声辐射仿真分析的常用方法。为提高LMM在船体声振响应计算方面的应用精度,提出对LMM的修正。[方法]首先,分析LMM的适用原理,得出合理的大质量倍数区间;然后,基于船舶的阻尼分析,引入瑞利阻尼质量比例系数对LMM加以修正;最后,将修正前、后的LMM计算结果分别与某油船测试的数据进行对比,并基于修正大质量法(M-LMM)计算所得船体谐响应结果,进一步计算船舶水下辐射声功率与垂直声场指向。[结果]结果显示,在20～200 Hz分析频段内,应用2种LMM计算所得的振动响应频谱曲线趋势相近,但M-LMM的计算结果更接近于实测值,平均误差仅2.70%。[结论]M-LMM可提高船体响应仿真精度,能为船舶前期设计阶段提供更准确的设计依据。     

纯距离条件下的UKF目标参数估计方法

在多站测角的被动目标跟踪中,目标的状态与角度量测值之间存在非线性关系,现有的方法主要是对其进行线性化,但线性化过程会带来滤波精度的下降,甚至会产生滤波发散而丢失目标。无迹变换卡尔曼滤波器(Unscented Kalman Filter,UKF)通过产生采样sigma点对系统状态进行逼近,可以较好地解决这一问题。将UKF应用到多站测角被动目标跟踪问题中,并通过仿真试验证实了算法的有效性。     

基于电磁建模的舰船雷达波隐身技术

介绍了高频电磁散射特性仿真在舰船雷达波隐身技术研究中的应用。对舰船进行三维几何建模,采用高频电磁算法计算了舰船简化模型的雷达散射截面、高分辨率一维距离像和二维聚束合成孔径雷达成像。通过数值算例分析了外形轮廓和吸波材料参数对舰船雷达波散射特性的影响,为舰船的雷达波隐身技术研究提供了有力的数据支撑,为新型舰船的雷达波隐身设计提供了理论指导。