薄壳目标的多基地声散射特性研究

文章对水中薄壳目标的多基地声散射特性进行了理论仿真与试验测量研究。首先采用有限元耦合边界元和基尔霍夫(Kirchhoff)近似积分两种不同的数值计算方法对内部充气球冠圆柱壳的多基地声散射特性进行建模仿真,然后通过目标在消声水池的散射声场试验测量验证仿真结果的有效性。采用相同的数值计算方法对Benchmark模型的多基地散射声场进行仿真计算,分析多基地(全向)声散射特性及散射机理。结果表明,水中目标多基地散射的回波强度与回波结构与多基地分置角相关,且回波亮点的主瓣宽度也随多基地分置角变化而变化;Benchmark模型的艇体和指挥舱之间存在强烈的干涉作用,使多基地(全向)散射声场的竖状条纹发生倾斜。研究为水下目标的多基地探测提供理论支持。     

基于可靠声路径的深海声场垂直相关性研究

可靠声路径(Reliable Acoustic Path, RAP)是深海中的一种重要声信道,在总结可靠声路径物理机理及探测优势的基础上,采用射线模型分析了RAP声信道内水听器接收声线的结构特性,计算了32基元垂直线列阵接收信号的相关性随声源距离的变化,仿真结果显示在中程探测距离内信号垂直相关性将出现衰落。结合这一现象深入探究了多途效应对声场垂直相关性的影响,揭示了多途传播中能量较强的波在不同基元上的到达时间差是影响垂直相关性的最主要因素,最后利用以上分析对RAP声信道内垂直阵列的布放、设计及增益分析提出了建议。     

界面声散射数值模拟中的突变边界处理及有效性分析

利用在边界突变点处设置两个速度值的方法,解决界面声散射数值模拟中的阻抗突变边界的积分奇异性问题。同时把界面对入射声音的响应局限在声散射方面,仅关心散射声场的声压方向性分布而不考虑吸声效果,可以通过边界元法得到较准确的界面散射极响应图。精确理论解和实验分析表明该处理方法在界面散射的预测中是有效的。     

敷设空腔覆盖层水下复杂目标的声散射特性研究

研究敷设空腔覆盖层水下复杂目标的声散射特性具有重要的意义。首先通过建模软件构建目标模型，然后利用分层近似法，结合多层介质的传递矩阵方法，将含有变截面空腔的吸声覆盖层分为多个可视为圆柱空腔结构的薄层，进而实现复合结构的声反射系数的求解，最后利用基于戈登(Gordon)积分的板块元方法对目标强度进行预报，并针对复杂目标提出基于光线投射的可见面元判别方法。在此基础上，以BeTSSi Ⅱ标准模型为例，研究敷设空腔覆盖层的水下复杂目标的声散射方位特性和频率特性。结果表明：文中提出的基于光线投射的可见面元判别方法可以快速有效地提供板块元方法所需的可见面元；板块元方法对BeTSSi Ⅱ标准模型的预报结果可以很好地反映其目标强度的特征及其变化规律；模型敷设空腔覆盖层可以有效降低目标强度，与敷设等厚均匀覆盖层时相比，复合结构声反射系数曲线的第一谷值频率降低，在频率较低时敷设空腔覆盖层的吸声效果更好，可以进一步减小目标强度。该研究有助于实际工程中实现对水下平台散射特性的快速预报。     

无界流场中弹性壳体声散射和声辐射综述

本文综述了五十年代以来对浸没在无界流场中弹性壳体的声散射和声辐射的研究。着重概述了近年来在这一领域的理论和数值研究,为进一步开展这方面的工作提供参考。     

某小型潜航器的声散射特性研究

运用目标回声强度预报的板块元方法,研究某小型潜航器的水下回声特性.计算并分析了入射波频率和方位对其声散射特性的影响规律;利用板块元法得到的散射特性,根据频域间接法仿真出水下声成像结果;完成外场试验,将试验结果与计算结果进行对比,吻合较好.研究表明潜航器中的桅杆结构对其散射有较明显影响.     

平顶有肋柱壳低频散射特性研究

应用边界元(BEM)和有限元(FEM)耦合方法对平顶有肋柱壳在声波轴向入射时的低频反向散射特性和振动位移状态进行了计算,对结果作了分析。并且实验测量了与计算相同的三个目标的低频反向散射特性,同计算结果相比较,结果基本一致,理论和实验结果均证明了肋骨存在对回波强度的影响,改变了原有振动系统的振动分布,使得散射谐振发生变化。     

二维圆柱对旋转单极子点源的声散射

采用理论分析和数值计算方法研究二维刚性圆柱对旋转单极子点源入射声波的散射效应。齐次Helmholtz方程基本解在极坐标系内用自由空间格林函数的级数展开式表示。对任意形状的刚性散射边界,通过求解线性声学波动方程建立声场边界积分表达式。数值解可在频域下采用边界元方法获取。进一步利用贝塞尔函数的加法定理,分别推导点源与圆柱同轴、异轴旋转状态下的声场理论解析表达式。边界元方法的数值解与理论解析解吻合一致。点源向外辐射声波的频率由点源谐振频率、旋转频率和谐波阶次共同决定。点源与圆柱同轴旋转时,谐波阶次为0的声波以同心圆状向外辐射,不为0的声波则以螺旋状向外辐射,螺旋瓣的数量由谐波阶次的绝对值相同。点源与圆柱异轴旋转时,圆柱的声散射呈现显著的偶极子特征,且声场的指向性复杂。     

球形壳体障板声散射近场矢量特性

为了实现矢量水听器在水面或水下载体上的工程应用,研究了球形壳体障板声散射近场矢量特性。采用弹性薄壳理论结合边界条件导出了球形壳体障板声散射的声压和质点振速表达式,给出相应的声强表达式。数值计算了球形壳体障板声散射的近场特性,重点关注其近场矢量特性。理论分析和数值计算结果表明,由于球形壳体障板的散射作用,声压场和质点振速场表现为复杂的干涉结构;质点振速方向和声源方位不一致;声压和质点振速不再同相;声强方向也不再反映声源方位。本文结果为矢量水听器在球形载体和球形障板条件下的工程应用提供理论依据。     

声发射信号在圆柱型波导杆中的传播特性

选用5种长度、两种直径的圆柱型波导杆,分别在其端面圆心、圆周表面上进行断铅试验。并对比分析了不同长度、直径的波导杆对接收声发射(AE)信号的幅度、时域波形、幅频特性产生的影响。结果表明:随着波导杆长度的增加,端面圆心、圆周表面上声发射信号的幅度都有衰减趋势。其中,端面圆心处的声发射信号幅度较圆周表面上的衰减大。相同长度的波导杆,直径越大,接收到声发射信号的幅度越小;而相同直径的波导杆,长度较长接收声发射信号的时域波形图在时间轴上伸展较宽;相同长度、不同直径的波导杆,直径大的对声发射信号有频散作用。     

水下刚性角反射器散射特性

为了分析水下角反射器的声散射特性,提出了一种计算水下凹面目标散射声场的方法。采用ANSYS软件构建水下角反射器实体模型,再利用声学分析软件SYSNOISE对其远场散射声场进行仿真。计算了二面角反射器的目标强度,并与声束弹跳法和板块元法的计算结果进行对比,验证了该方法的适用性和精确性。对三面角反射器的散射特性进行了分析,得到了不同声波入射角度下的目标强度、目标强度随频率的变化规律以及散射方向图,结果表明,正方形角反射器的目标强度最大,三角形角反射器的散射宽度最大,角反射器目标强度不存在明显的频率效应。计算了八面角反射体的方向图,计算结果表明角反射器组合可以有效增大目标强度和散射宽度。     

以简正波解为初始场的抛物方程算法应用于深海声传播预报

在深海中,环境参数不仅在深度上起伏变化,在水平方向上也会因内波、涡旋、锋面、洋流等现象而发生变化。对于深海声传播的预报,仍是一个值得进一步探讨的问题。简正波方法具有物理意义明确、但仅适用于水平方向环境参数不变的波导的特点,而抛物方程方法能够便捷地处理与深度、距离有关的声速、地形等环境,但其解缺乏清晰的物理意义。采用简正波解为抛物方程法的初始场,利用Ram随距离逐步递推的数值方法计算整个海域的声能量,计算存在涡旋等复杂海洋环境下的声传播特点。结果表明,该方法不仅可以计算各种环境条件下的各阶简正波的传播特点以及能量变化,而且便于深入地分析深海环境中各阶简正波的耦合特点与能量变化,计算效率大大提高且具有很高的准确性。可以作为浅海和深海中高、低频传播的通用模型。     

深海海洋环境噪声垂直相关性研究

海洋环境噪声场是海洋中的固有声场,其空间结构特性是影响水声系统的重要因素之一。在风成海洋环境噪声波数积分模型的基础上,对深海噪声场的垂直相关性进行了研究。通过数值仿真讨论了深海环境下,海底声速、衰减系数、海面噪声源深度及接收器深度对均匀分布于海面附近的噪声源的垂直相关性的影响。仿真结果表明:噪声场的垂直相关随海底声速、衰减系数和接收器的绝对深度的变化较小;高频噪声的垂直相关性对噪声源的深度较敏感,低频噪声的垂直相关性受噪声源深度的影响几乎可以忽略。在此基础上,分析了某次海试噪声数据,并结合数值计算结果对实验测得噪声数据的垂直相关性进行了合理的解释。     

Tunable optical frequency comb generation in a periodically poled lithium niobate waveguide based on stimulated Brillouin scattering

We propose and demonstrate a technique for the generation of an optical frequency comb (OFC) in a periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguide based on stimulated Brillouin scattering. A single continuous wave laser is sent to a multi-wavelength Brillouin erbium fibre laser for generating a set of coherent and phase-locked multi-wavelength spectral lines. They are injected into a PPLN waveguide to obtain an OFC. We investigate the influence of the cavity structure on the OFC property in our two different schemes. The number of comb lines is affected by the 980 pump current and Brillouin pump power. The OFCs are tunable in a large range by changing their central wavelength.     

爆炸声源投放间隔对会聚区声传播损失测量的影响

会聚区声传播损失测量是水声调查的重要内容。爆炸声源投放间隔对会聚区声传播损失结构的刻画具有直接影响。基于Argo资料、与距离有关声学模型(Range-dependent Acoustic Model, RAM)和实验数据,对不同投放间隔下获得的会聚区声传播损失进行了比较。结果表明,在不同声源深度和频率下,0.5 km的投放间隔能够很好地刻画出会聚区声场结构的精细特征;1 km的投放间隔基本满足对会聚区结构精细测量的要求;2 km的投放间隔能够测量到会聚区的大致结构,但可能出现对会聚区峰值结构的漏测或欠精确的会聚区增益。考虑到实际条件难以支持全测线0.5 km的投放间隔,建议对会聚区精细测量时,在可知会聚区范围的海域使用在会聚区0.5 km的投放间隔、在影区1 km的投放间隔;在未知海域使用全测线1 km的投放间隔;对了解会聚区大致结构的调查,使用2 km的投放间隔。     

A BEM sensitivity and shape identification analysis for acoustic scattering in fluid–solid problems

In this paper a boundary element formulation for the sensitivity analysis of structures immersed in an inviscide fluid and illuminated by harmonic incident plane waves is presented. Also presented is the sensitivity analysis coupled with an optimization procedure for analyses of flaw identification problems. The formulation developed utilizes the boundary integral equation of the Helmholtz equation for the external problem and the Cauchy–Navier equation for the internal elastic problem. The sensitivities are obtained by the implicit differentiation technique. Examples are presented to demonstrate the accuracy of the proposed formulations. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

声速分布对浅海低频声场空间相关的影响研究

针对浅海低频环境下水中声速分布对声场空间相关性的影响问题,利用基于抛物方程方法的RAM程序,仿真分析了声场空间相关特性在浅海不同声速梯度、不同阵元间隔下的变化规律。研究结果表明:在浅海低频环境下,正声速梯度值越大,垂直相关系数衰减越慢,水平纵向相关系数则相反;随着正声速梯度值的增大,垂直相关长度和水平纵向相关长度均呈现剧烈波动。负声速梯度值越大,垂直相关系数衰减越快,水平纵向相关系数则相反;随着负声速梯度值的增大,两类空间相关长度均缓慢波动。     

海洋声场预报研究和工程应用

随着科学技术的飞速发展 ,对海洋声场作出合乎要求的快速精确预报 ,显得尤为重要。浅海平滑平均声场理论和深海广义相积分理论克服了经典的WKB近似在反转点发散的缺点 ,而且实现了声场数值预报的实时性要求 ,基于上述理论 ,进行海洋声场分析设备的研究和工程应用 ,对声呐的设计、使用及舰艇作战有重要意义。