水下空气腔角反射器声散射特性

针对水下金属板角反射器目标强度低、具有明显的频率特性等不足,设计了一种新的弹性空气腔角反射器。采用结构有限元耦合流体边界元法,对水下空气腔角反射器和单层金属薄板角反射器的声散射特性进行仿真计算和对比,分析了入射波频率为5～15 kHz范围内,平板厚度、入射角度等因素对不同类型角反射器目标强度的影响及其散射机理并进行了实验验证。研究结果表明：空气腔角反射器散射强度大,无明显的频率特性,去耦作用明显;空气腔角反射器声散射仿真结果和消声水池实测数据进行对比,二者基本一致;相比笨重且回波强度较弱的单层金属板角反射器,空气腔角反射器具有更优的反声性能和更轻的质量,是理想的水下声反射装置。     

角反射器的线性非均匀电磁波散射特性

按单位入射场条件给出了目标的线性非均匀电磁波散射截面定义,指出其也可作为一种与观测距离无关的特征极化量,并采用矩量法计算角反射器单双站,不同频率下线性非均匀电磁波散射特性,分析其非均匀波散射截面大小与目标特征间的关系,表明其对目标特征探测的潜在优势。     

水下超表面角反射体声散射调控机理研究

角反射体是雷达目标和声纳目标常用的诱骗手段。为拓宽常规凹面角散射声场的调控效果,提出在水下角反射体中镶嵌声学超表面的调控方法和计算方法。基于板块元方法和射线追踪算法建立带声学超表面构型的角反射体声散射预报模型,利用射线追踪判别声线位置,考虑对应相位跳变加以修正,并通过有限元仿真进行验证。基于建立的声散射预报模型,研究槽阵列梯度和周期结构对散射声场的调控效果。研究结果表明：带有梯度变化的声学超表面结构能够明显改变水下目标的声散射特征,正、负梯度组合槽阵列结构对于声散射主方向的调控效果较为明显;多周期组合槽阵列梯度结构相较于单周期结构散射声场调控效果更为明显。     

毫米波角反射器的雷达截面及圆极化特性研究

文中对各种结构型式的角反射器的雷达截面进行了推导,并给出计算实例与测试结果.通过分析无线电波经过角反射器反射的极化变化,对毫米波角反射器的圆极化特性进行了研究.     

水下航行体充气上浮仿真方法研究

为研究气囊展开对水下航行体充气上浮过程中的姿态变化以及运动轨迹的影响,提出一种多学科协同仿真方法。建立水下气囊的展开动力学模型,基于控制体积算法获得气囊充气展开过程的体积膨胀率曲线;在保持气囊体积膨胀率等效的条件下,建立可以同时耦合航行体6自由度刚体运动和气囊局部变形的水动力模型,并基于Navier-Stokes方程进行计算。通过仿真计算,得到水下航行体充气上浮的精细化过程,并获得水下航行体上浮时合力分量的时间历程曲线和姿态变化数据。结果表明:气囊的增浮作用能有效实现航行体的上浮回收;在上浮过程中,由于漩涡结构的不对称性使得航行体受到一定侧向力的作用,上浮时处于螺旋上升过程;上浮时,航行体会受到水流提供的竖向力作用,因此为加快上浮,上浮前应尽量调整航行体的攻角为正。     

鱼雷近场爆炸复杂载荷及对舰船毁伤模式

为科学评估鱼雷水下爆炸对舰船毁伤效能,基于非线性显式动力学分析软件LS-DYNA建立近边界水下爆炸数值分析模型.将近自由液面边界条件下的爆炸载荷计算结果与文献[6]经验公式及文献[17]试验结果对比,验证所建立的数值模拟方法能较好地反映近场水下爆炸的冲击波压力及多次气泡脉动过程.利用该技术构建与实战边界条件贴近的数值仿...     

基于奇异积分处理技术的低频声散射特性仿真

针对水下复杂条件下难以远程探测目标的问题,运用基于奇异积分处理技术的低频声散射数值计算方法,对目标低频散射特性进行仿真研究。仿真实验给出刚性球的目标强度随分置角、接收点到目标中心的距离、声阻抗等不同物理参数的变化关系图,揭示目标低频声散射的一些近场特性。结果表明：新方法可较方便地用于双基地声纳、目标低频散射特性等方面的相关研究。     

水下弹丸不同攻角流场特性研究

针对水下弹丸在不同攻角下的流场特性,基于Rayleigh-Plesset 方程、VOF 多相流模型,建立一种弹丸水 下运动过程的数值模拟方法。对比分析相同初速条件下,弹丸以不同攻角运动对运动过程中的空泡形态、流场演化 及受力特性的影响。结果表明：攻角越大,弹丸的空化效果越差,在运动过程中受到的升力和阻力也会越大,将严 重影响弹丸的水下弹道稳定性。     

水下垂直发射航行体尾空泡振荡演化特性

为研究水下垂直发射航行体尾空泡的瞬态振荡演化特性,及其对航行体流体动力、航行体上游流动的影响,基于势流边界元,提出了附着尾空泡航行体流场的瞬态计算方法.通过对垂直向水面运动的尾空泡瞬态振荡过程开展数值计算,分析尾空泡振荡对上游物面压力、沾湿区阻力以及空泡发展3方面的影响规律.结果表明:尾空泡振荡会引起上游物面压力在随环...     

水下激光引信探测环境特性分析

激光引信具有定距精度高，抗电磁和声波干扰能力强的特点，若鱼雷配有激光引信则可以提高其毁伤概率，使鱼雷在现代海战中发挥更大作用。在简要分析海水的组成及其光学特性基础上，确定了水下透光窗口，讨论了激光束在水中的传输特性，得出了一些有意义的结论，为科学设计水下激光引信提供了理论依据。     

基于Kirchhoff近似法的目标声散射场仿真

对经典的Kirchhoff公式作一定的假设,得到收发合置情况下的近似Kirchhoff公式,进一步对球体目标声散射场进行求解。在MATLAB平台下,仿真出目标声散射场的相关曲线,并对声散射场与作用距离和入射波频率的关系进行了对比分析。应用表明,结论对于水下掩埋目标探测与识别的研究具有一定实用价值。     

三角形三面角反射器加工公差对其单站RCS影响研究

基于物理光学法(PO)研究了三角形三面角反射器(TTCR)加工公差对其单站雷达散射截面(RCS)的影响。验证了PO应用于本文中的角反射器RCS计算的可靠性。然后在存在角度公差和不平整度公差两种情况下,用PO分别得到了在一定频段内的单站RCS减缩量与公差量及计算频率的关系曲线,联系工程实际进行分析讨论,指出可以借助线性拟合来估算较高雷达工作频率下单站RCS的近似减缩量。研究表明,在实际工程中,角度公差对TTCR的RCS影响是比较小的,而不平整度公差对其影响则较大。     

双谱幂次水下检测空中高速运动声源方法

提出一种水下检测空中高速运动声源的方法。采用波数积分方法对空气中运动声源激发的水下声场进行建模,仿真分析了水下接收信号的时域波形。并利用信号的时频域临近连续性和高阶谱抑制高斯噪声的特点,以信号的双谱替换DFT得到双谱幂次检测器,利用该检测器在高斯背景下检测空中声源水下噪声。仿真和实测数据处理结果表明,所提出的方法切实可行。     

3种辐射头水声宽带换能器设计及布阵技术应用

为了充分利用声纳的布阵空间,增加辐射面积,从而提高声纳基阵的整体性能,采用了有限元分析方法,借助ANSYS软件设计了圆形、方形和六边形辐射头水声宽带换能器.在辐射面积、压电元件和长度等要素相同的条件下,仿真计算了3种不同形状的辐射头对水声宽带换能器谐振频率、发送电压响应、自由场电压接收灵敏度和收发频带宽度等性能的影响,并对结构进行了优化;研制了3种不同形状辐射头换能器并进行了水池试验,测试结果与计算结果具有较好的一致性.最后,在声纳开窗尺寸相同的情况下,对3种换能器的布阵效果进行了研究.     

基于沿海声层析技术的水下目标探测技术

针对难以对水下目标进行快速有效探测的难题,利用声层析的方法观测域内的水下目标尾流分布及其随 时间演变过程,通过流场变化以实现对水下目标的探测。通过沿海声层析(coastal acoustic tomography,CAT)5 站声 同步传输观测试验,获得双向声传播时间数据,进行流场分布反演;利用3 维反演方法观测得到自主式水下潜器 (autonomous underwater vehicle,AUV)潜航所在深度的水平流场演变过程,反演结果与直接计算的路径平均流速基 本吻合;实验过程中,鱼雷型水下机器人经过后流场产生明显波动,声学多普勒流速剖面仪(acoustic doppler velocity profiler,ADCP)与CAT 观测结果分别为1.57, 1.43 m/s。结果表明：利用CAT 方法在小尺度区域内观测探测AUV 目 标取得的成功,为后续的观测实验打下了基础。     

IPO方法计算角反射器和腔体的近场RCS

运用迭代物理光学法(IPO)计算了角反射器和腔体的电磁散射作用,分析了网格划分粗细和迭代次数对RCS计算的影响,并与不同的文献结果和测量结果进行比较,两者有较好的一致性,说明了本文计算采用的公式和程序的可靠性。在此基础上,计算了角反射器和腔体的近场RCS值。     

Software Architecture for Modeling and Simulation of Underwater Acoustic Information Systems

The simulation of underwater acoustic information flow is an important way to research sonar performance and its engagement effectiveness in the ocean environment. This paper analyzes the significance of modeling an open and sophisticated simulation software architecture by object-oriented method, and introduces the modeling processes and expression method of simulation architecture. According to the requirements of simulation system and the underwater acoustic information flow, the logical architecture of simulation software system is modeled by the object-oriented method. A usecase view captured the system requirements. The logical view shows the logical architecture of software system. The simulation software is decomposed into the loose coupling constituent parts by layering and partitioning the packages for maintainability. The design patterns enabled the simulation software to have good expansibility and reusability. The simulation system involving multi-targets and multi-sonar is developed based on the architecture model. Practices show that the model meets the needs for simulating an open and sophisticated system.     

基于板块元法的水下复杂目标强度预报

近场高频照射情况下,水下复杂目标声反射强调各个部位、细节对声纳照射的综合作用。对此,引入了声纳目标计算的板块元法,通过3DS MAX软件将任意形状复杂目标表面划分为无数小曲面,由板块元近似小曲面,借助K irchhoff声散射理论完成对水下复杂目标目标强度的计算。该方法克服了声学亮点模型因忽略目标几何结构影响而过于粗糙,以及数值积分方法无法计算非标准几何体目标强度值的缺陷。数值计算及试验结果均验证了该方法的有效性。     

水声干扰子弹威力分析

为了研究壳体厚度和材料对水声干扰子弹威力的影响,在Cole水下爆炸冲击波经验公式的基础上,利用AUTODYN仿真程序对水声干扰子弹水下爆炸进行模拟,分析了子弹壳体厚度和材料对水下爆炸声压级的影响,仿真结果表明,水下爆炸声压级随着壳体厚度的增加先升高后降低;壳体材料的屈服应力越大,水下爆炸声压级越高。仿真结果为工程应用提供理论参考。