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。     

潜艇内部液舱对声目标强度的影响分析

[目的]研究潜艇内部液舱对声目标强度控制的影响。[方法]采用基于Kirchhoff高频近似的板块元方法,计算并分析处于潜艇耐压壳体内部不同位置的液舱对目标强度的影响规律,研究4种液舱结构改进方案的目标强度控制效果。[结果]结果表明:内部液舱主要在1～3 kHz频段对目标强度有影响,其中处于舷侧中心线附近的内部液舱对目标强度影响不大,而处于舷侧底部的内部液舱则有较大影响;位于中心线附近的液舱内壁倾斜有利于降低正横目标强度,而位于底部的液舱内壁倾斜虽可大幅降低3 kHz以上频段的目标强度,但对1～3 kHz低频段目标强度的降低效果仍无法抵消存在内部液舱带来的影响。[结论]在潜艇设计中,需对内部液舱采取相应措施,减小其对目标强度的影响。     

敷设声学覆盖层的标准潜艇低频目标强度分析

敷设声学覆盖层可以吸收入射声波并降低辐射噪声,是声隐身的常用手段。采用耦合有限元方法分析敷设声学覆盖层的标准潜艇收发合置低频目标强度,包括单壳体模型和双壳体模型。首先,建立声-壳-结构耦合有限元模型,并验证了模型的准确性。其次,分析了单壳体标准潜艇的目标强度,结果表明敷设声学覆盖层可以改变目标强度曲线的起伏特性,在某些频率点或入射角度,敷设声学覆盖层时的目标强度甚至比未敷设时更大。此外统计表明,敷设声学覆盖层可以略微降低平均目标强度。最后,分析了双壳体标准潜艇的目标强度,结果表明外壳敷设声学覆盖层可以改变目标强度曲线的起伏特性并且略微降低平均目标强度,而在此基础上再增加内壳声学覆盖层则几乎没有效果。     

Parzen窗估计在潜艇目标强度统计建模的应用

研究潜艇目标强度的统计特性对水中兵器的仿真和试验分析具有重要意义.本文针对直方图统计模型的精度受区间划分影响较大,提出将Parzen窗估计方法用于潜艇目标强度的统计建模,建立潜艇典型舷角下的目标强度分布模型,并对统计特性进行分析.对Benchmark潜艇模型进行仿真计算,结果表明,采用Parzen窗估计法建立的潜艇目标强度统计模型符合潜艇的物理结构特性,能够更加准确和有效地对潜艇目标强度的统计特性进行预报.     

Parzen窗估计在潜艇目标强度统计建模的应用

研究潜艇目标强度的统计特性对水中兵器的仿真和试验分析具有重要意义。本文针对直方图统计模型的精度受区间划分影响较大,提出将Parzen窗估计方法用于潜艇目标强度的统计建模,建立潜艇典型舷角下的目标强度分布模型,并对统计特性进行分析。对Benchmark潜艇模型进行仿真计算,结果表明,采用Parzen窗估计法建立的潜艇目标强度统计模型符合潜艇的物理结构特性,能够更加准确和有效地对潜艇目标强度的统计特性进行预报。     

潜艇艏端耐压舱壁构型对声目标强度的影响

潜艇艏部目标强度偏大,影响潜艇的声隐蔽性。由目标强度贡献比例曲线发现,艏端耐压舱壁是潜艇艏部目标强度的主要来源。潜艇艏端耐压舱壁主要有(椭)球面和平面2种形状,声波自艏端入射时,刚性平面的目标强度显著高于有一定曲率的刚性椭球面的目标强度。建立了一系列具有不同曲率的椭球形艏端耐压舱壁模型,基于板块元方法分析了艏端目标强度随舱壁曲率的变化关系,并对结果进行对数拟合,再利用BEM数值方法对耐压壳体艏部近场回波进行仿真,得到散射声压云图。计算结果表明:耐压壳艏端舱壁采取椭球面构形能够减弱散射声场的指向性,从而显著降低目标强度(10 d B)。曲率大于一定程度时,艏端目标强度值趋于稳定。     

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。     

潜艇高速空间旋回运动分离舵横倾控制的数值研究

基于RANS方法,以全附体SUBOFF潜艇模型为研究对象,采用重叠网格嵌套滑移网格技术处理潜艇-舵相对运动,对不同螺旋桨转速下的潜艇空间旋回运动时的横倾控制开展研究。计算结果表明,分离舵的横倾控制效果较好,潜艇横倾角能迅速和平稳地过渡到静横倾角,实现了潜艇无横倾状态下的高速空间旋回运动,保障了潜艇姿态安全。分离舵的横倾控制对潜艇初期回转性能存在不利影响,但对定常回转性能的影响较小。     

大俯仰角时的潜艇目标强度研究

大俯仰角时的潜艇目标强度是自顶向下攻击的水中兵器所需要的重要目标特性数据,而该类目标特性数据难以测量.为此,以多亮点模型为理论基础,通过仿真方法研究了大俯仰角情况下的潜艇目标强度.从研究结果可知,在正横方位上,潜艇目标强度与俯仰角无关;在其他方位上,当照射角相同时,俯仰角越大,目标强度值也越大;当俯仰角为90°时,潜艇的目标强度与声波的照射角无关.研究结果与潜艇的物理结构特性相吻合,对水中兵器的科研与试验具有一定的参考价值.     

基于AQWA的渔船排列形式对运动和系泊力响应的影响分析

渔船作为海洋渔业的重要经济载体,渔船安全一直备受关注,但极端天气下港内锚泊渔船倾覆、断缆的情况时有发生。利用水动力分析软件AQWA,分别建立的单船、双船并排与三船并排首尾锚泊模型,计算不规则波作用下首尾锚泊渔船的时域运动响应与系缆力,分析不同波高和周期条件下船舶排列形式对横摇角度和系缆力的影响。计算结果表明,双船或三船并排锚泊能有效抑制横浪作用下船舶的横摇角度;三船并排锚泊时,中间船的横摇角度会大于两侧船只;并排锚泊时,系泊力随波浪周期的增大而增大;出于渔船安全考虑,渔港内波高与波周期均较大的区域,宜采用多船并排锚泊形式。     

集装箱船破损稳性模型试验研究

本文介绍了已完成的某集装箱船的一系列破损稳性船模试验。在模型试验中，模拟了倒梯形的破损开口，测量并分析了不同条件下破损船的横摇响应。试验结果表明：对所试模型，船舶在破损前的横稳性（ＧＭ）对破损后的横摇响应有较大影响。横稳性较小时，破损后的横摇响应也较小。模型试验中还模拟了２破损过程，破损后，船舶的横摇响应特性将发生较大的变化。说明破损对横摇的影响明显而不可忽视。     

基于阻力和伴流不均匀度的多用途船型线优化

为探究多用途船首尾型线变化对船舶水动力性能的影响,采用RBF(Radial Basis Functions)曲面变形方法分别对多用途船首尾型线进行变换,使用优化拉丁超立方法设计计算样本,引入Kriging近似模型解决传统CFD计算耗时的问题。在此基础上,以船舶的阻力性能以及桨盘面伴流不均匀度作为优化目标,利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)完成整个型线优化流程。计算结果表明,对于该多用途船,船首形状朝V型发展有利于减小兴波阻力,船尾的V型横剖面在接近推进器处逐渐向U型转变,可以在获得更均匀伴流场的同时对阻力性能影响较小。     

潜艇目标强度特性

大西洋防御研究机构（DREA）开发的基于边界元的声波辐射预测软件——AVAST已具有预测目标声波强度的能力，可预测包括水雷和潜艇在内的具有完整三维尺寸和刚性（或弹性）结构的水下物体目标强度。从多方面研究了一艘潜艇模型在相应低频范围内（50～1kHz）的刚性目标强度。模型包括潜艇的围壳和减摇鳍并通过改变模型结构的设置分析围壳和减摇鳍对目标强度的影响。分析和计算都是在自由空间进行的。同时还研究了数字化目标深度和水深对平坦表面和刚性底部目标强度的影响。     

多舰协同螺旋应召搜潜建模与仿真

基于舰载舰壳声呐搜潜原理及舰艇协同应召螺旋搜潜战术,建立了在潜艇初始位置已知、航向及航速未知的条件下,多舰利用舰壳声呐对潜艇目标搜索的数学模型,基于已建搜索模型及假定的潜艇运动模型,采用蒙特卡洛方法,仿真分析了相同条件、不同潜艇运动模型下,潜艇初始航向角、潜艇初始航向角选定后航向变化次数、航段搜索时间、航段最佳搜索时间等因素对搜潜概率的影响,并进行了分析比较。仿真结果表明,不同目标运动态势对搜索概率均具有较大影响,在对潜艇进行搜索时,只有根据对潜艇目标运动态势的感知程度合理选择搜索模式,才能提高搜索效率。     

舭龙骨设计对船舶粘性横摇阻尼的影响

根据挪威船级社关于船舶横摇阻尼计算的规定,结合北大西洋波浪环境条件,借助Sesam水动力分析软件对某带有舭龙骨的穿梭油船建立舭龙骨模型,计算分析不同舭龙骨宽度、长度和安装角度下目标船的粘性横摇阻尼和横摇运动幅值。结果表明,舭龙骨宽度对船舶粘性横摇阻尼的影响较大,而舭龙骨长度和安装角度的影响较小。舭龙骨设计时,对舭龙骨的宽度参数应给予重点关注。     

潜艇磁矩对反潜直升机磁探宽度的影响

通过潜艇磁场的偶极子模型和直升机磁异探测模型建立了潜艇的磁异场模型,然后依据文中所提出的磁异强度指标曲线确定了直升机的磁异探测宽度,在此基础上对潜艇磁矩与反潜直升机磁探宽度的关系进行了仿真分析。大量仿真结果表明,潜艇磁矩对磁探仪探测宽度的影响较大,随着潜艇磁矩的减小磁探仪的探测宽度快速减小,当潜艇磁矩减小为原来的0.3倍时,探测宽度减小一半。同时反潜机航向对磁异探测宽度随潜艇磁矩变化关系的影响在东西航向上达到最大。另外,在对潜艇磁矩对磁探仪探测宽度的影响近似估计时,可采用偶极子磁场的最小探测宽度模型进行计算。     

目标覆盖层在典型浅海波导中的消声作用

应用非刚性表面声散射的物理声学方法,发展了基于射线跟踪技术的浅海波导中覆盖消声层目标回声计算的数值方法。选取Benchmark潜艇模型和两种假想的消声覆盖层(反射系数在垂直入射时相同,随角度增加的速率不同),讨论了自由空间和浅海信道中弱正梯度和负梯度两种典型声速剖面条件下刚性及覆盖消声层目标的回声特性。结果指出:由于自由空间和浅海波导中目标回声形成机理不同,这两种覆盖层对自由空间中的消声作用影响较小,对浅海波导中的消声作用影响较大;自由空间中消声覆盖层的消声作用不能完全反映其在浅海波导中的实际效果;在实际浅海波导中为了获得较好的消声作用,不仅要在0度入射角还应在小角度(0-30度左右)范围内将覆盖层的反射系数控制在较小的数值区间。     

圆柱壳附近水下爆炸气泡动态特性研究

基于不可压缩势流理论,运用边界元方法,建立圆柱壳附近水下爆炸气泡三维数值模型。然后采用该模型模拟深水中圆柱壳附近近场水下爆炸气泡运动,并对气泡动态特性以及攻角大小对其影响规律进行了研究。计算结果表明,膨胀阶段气泡受浮力作用以及壁面的排斥作用影响较小;收缩阶段气泡受浮力作用以及气泡受壁面的吸引作用影响较大,随攻角的减小,气泡射流作用和气泡脉动压力均逐渐增强,即爆点位于圆柱壳结构正下方时所造成的结构损伤最为严重。研究结论有益于潜艇结构抗爆防护设计,也为水下爆炸气泡载荷作用下潜艇结构毁伤机理研究提供了参考依据。     

基于多幅目标图片的三维重建技术及其目标强度计算

从图像立体视觉出发,提出了一种利用目标多幅照片进行三维重建进而利用板块元方法计算其目标强度的方法.针对该方法进行了潜艇线型模型恢复实验,对恢复的模型进行了目标强度计算,并分析了该建模方法的建模误差对目标强度计算的影响.     

双基地目标强度及回波时域特性研究

利用3DSMAX软件建立的标准潜艇几何模型,采用板块元法对标准潜艇的双基地回波散射特性进行计算,并通过实验验证了模型的正确性。讨论了在不同分置角下目标强度与姿态角的变化关系,利用频域间接法计算得到了单频脉冲下的目标回波。通过仿真与实验结果对比分析,验证了双基地的回波展宽计算公式。结果表明,在镜像反射的位置上。散射回波最强;回波信号的包络是不规则的,持续时间被展宽,展宽大小与姿态角和分置角有关。