水下目标爆炸毁伤时战斗部相似律仿真与试验

在进行水中兵器战斗部对目标的爆炸毁伤试验时,为了确定能否由缩比战斗部对目标的毁伤效应推广预测原型战斗部,根据相似理论首先确立了战斗部尺寸、冲击波测点距离以及靶板距离采用相同缩比时的几种研究模型,然后通过数值仿真结合水下爆炸试验测试的方法,计算了冲击波压力与靶板应变,并进行了比较分析。结果表明,各研究模型的仿真结果与试验结果吻合较好,各模型对应的冲击波压力与靶板应变之间的偏差都很小,说明满足相似律的缩比模型能够预测原型战斗部对水下目标的爆炸毁伤特性。本文结论为战斗部水下爆炸的威力评估提供了依据。     

吸能边界条件下水下爆炸离心试验中冲击波传播特性数值模拟

受限于模型试验箱尺寸,水下爆炸离心模型试验中爆炸荷载在试验箱边界产生的反射波必然会影响试验的预期效果,因此减小模型箱边界效应将会大幅度还原试验实际情况并提高试验精度。基于耦合欧拉-拉格朗日（CEL）方法对水下爆炸离心模型试验进行数值模拟,通过试验和理论结果对比及1、2、4、6、8 mm和10 mm尺寸网格分析,验证了数值模型的可靠性,在此基础上对比研究了5、10、15 mm和20 mm厚度橡胶和泡沫作为边界消能材料时水下爆炸离心试验中冲击波荷载的传播特性,分析了各边界材料的吸波耗能机理。结果表明：2 mm欧拉网格尺寸能够兼顾计算效率和计算结果准确性;在模型箱内壁敷设橡胶或泡沫材料能有效降低水下爆炸冲击波的反射效应;在5 mm厚度条件下,橡胶材料较泡沫材料对冲击波吸收效果更为明显,但随着材料厚度的增加,泡沫材料吸波效果更加优越;橡胶材料和泡沫材料对冲击波低频信号均有一定的抑制效果,而对高频段信号抑制效果较弱。     

高速摄影技术在水下爆炸气泡脉动研究中的应用

利用APX-RS数字式高速相机拍摄了PETN炸药水下爆炸气泡自由场脉动过程、气泡与边界相互作用水射流形成过程的清晰图像。采用氙灯照明光源,高速相机幅频可以达到6000s-1,采用在水箱壁贴低密度材料的方法来降低反射冲击波对气泡脉动过程的影响,由高速相机测试结果分析得到的气泡脉动参数与8kg爆炸水池试验结果一致,验证了光学测试结果的真实性。     

不同信道环境的激光水下传输仿真

为更深入研究水下激光在武器探测及通信中的应用与不同信道环境传输过程中的特性,验证蒙特卡洛法仿真在水下激光传输中,关于水下散射体直径、密度和距离对接收光子权重、单光子散射次数以及时间展宽的影响,将米氏散射解析模型与蒙特卡罗法仿真结合,通过改变米氏散射模型中的散射体直径、密度以及传输距离从而改变仿真过程中需设置的散射系数、消光系数、不对称因子以及光子自由运动距离,得到其仿真结果关于光子权重随散射体直径、密度以及传输距离的增大而减小的结论,分析了造成其结果的原因;研究了水下散射体直径在蒙特卡洛罗仿真中对单光子平均散射次数的影响。仿真结果表明：在米氏散射模型中单光子散射次数随着散射体直径的增大而增加,分析了散射体直径对造成时间展宽的影响。     

约束对雷管传爆能力的影响分析

为了研究约束对雷管传爆能力的影响，选用不同约束材料及约束通道尺寸，采用GJB736.3-1989火工品试验方法 轴向输出测定钢块凹痕法，对雷管或导爆管的传爆能力进行了试验研究。结果表明：约束材料为铜、不锈钢、铝，雷管轴向起爆下级装药能力依次降低；当传爆通道固定时，雷管输出盖片外露直径小于传爆通道直径，更有利于雷管远距离起爆下级装药；雷管起爆导爆管存在起爆距离要求，对于小尺寸雷管，应尽量将传爆距离控制在5 mm以下。     

水下爆炸对不同壳体的变形响应数值模拟

利用AUTODYN仿真程序,仿真了20 g TNT水下爆炸对不同距离的不同壳体的变形响应,得到了2种材料的壳体响应规律。仿真结果表明：在进行小药量炸药水下爆炸对相邻壳体变形影响分析时,同种材料情况下,距离越远变形越小;不同材料相同距离时,壳体材料决定变形情况的结果。该研究对工程实践有一定指导意义。     

水下航行器热动カ系统固体药柱燃烧模型与仿真

药柱的几何形状、尺寸和燃烧面积直接决定着水下航行器动力系统的启动特性，也影响着推进剂供应管路的设计，所以对药柱的燃烧特性进行精确建模。在建立药环和2种药柱的燃烧模型的基础上，同时引用其它部件数学模型，建立动力系统启动过程的完整数学模型，并采用Mat-lab进行仿真实验计算，研究2种药柱对启动过程的影响。结果表明，改进后的实心药柱能够很好地改善水下航行器热动力系统启动过程。     

防激光探测涂料的研制

提出了对防激光涂料的具体要求及涂料的组成。样板经测试，对波长为１．０６μｍ激光，镜面反射比（ｐ＿Ｒ）在０．００１以下，漫反射比（ｐ＿ｄ）在０．０６７以下。利用坦克上激光测距机实际测量，在７２０米距离，测量１０次，涂料样板无一回次波，使激光测距机失灵。     

V/UHF地空通信几何信道模型的仿真研究

分别研究了V／UHF地空通信中理想情况的几何信道模型和现实情况的椭圆几何信道模型，从不同角度较全面地分析了V／UHF地空通信的信道特性。在理想情况的几何信道模型中，对接收点合成场强的计算公式进行了仿真分析，得出了接收场强与发射功率等因素的关系；在现实情况的椭圆几何信道模型中，推导出了地面接收信号的标准多径时延和波达方向的概率密度函数，对标准多径时延、波达方向和接收功率进行了仿真，表明了多径效应对超短波地空通信的影响。     

激光制导武器锁定水下目标时的信号衰减分析

针对激光制导武器,从理论与实验两个方面分析了海水吸收系数对激光制导武器锁定水下目标时的信号衰减的影响。应用激光输入、接收信号的偏移量分析方法,分解不同波长段的激光的吸收系数,进行激光水下吸收系数的仿真计算,结果表明,波长在400～600nm波段的激光其水下吸收系数较大,该计算结果可为该类武器的设计与鉴定试验提供帮助。     

水下弹性角反射器声散射特性

计算水下弹性角反射器声散射问题,需要考虑声波多次散射以及结构和水的流固耦合作用。针对现有水下弹性角反射器声散射特性分析方法的不足,利用结构有限元耦合流体间接边界元法对水下弹性角反射器的远场散射声场进行仿真计算。分析了入射波频率为5.0～20.0 kHz范围内,平板材料、厚度、入射角度及角反射器类型等因素对目标强度的影响及其散射机理。结果表明：水下弹性角反射器的散射声场具有很强的频率特性,且随材料、平板厚度和入射波频率的变化而改变;多次散射波对角反射器的反向散射声场具有重要贡献,仿真数据和实测数据基本一致。进一步提出了角反射器结构设计和优化方法,为水下无源声反射器的论证与设计提供了理论参考依据。     

大侧斜螺旋桨负载噪声的边界元数值声学方法频域内计算分析

为探索艇尾桨无空化水下辅射噪声的数值预报方法,采用流场大涡模拟(LES)和声场边界元数值声学的弱耦合方法在频域内对艇尾标称伴流条件下的大侧斜螺旋桨水下负载噪声进行了预报.耦合方法的可信性由计算得到的DTRC4119无侧斜螺旋桨球面空间声压分布和特征测点处声压频谱级曲线与文献[5 -6]计算值的比较给予了验证.LES计算...     

基于非等距线阵的水声同步时延差定位算法

针对水声定位系统是水中兵器试验或水声对抗任务所必须的基础测量系统,提出了基于水平非等距线阵定位技术、相关波门修正时延差等技术设计鱼雷水声同步定位系统的快速定位算法,介绍了该算法的工作原理和实时轨迹修正方法。经Matlab仿真对比验证表明该算法正确可行。该非等距线阵定位系统具有布阵灵活、经济可靠等优点,可在更广泛的阵元载体平台上安装使用,为设计鱼雷中远程、短基线或超短基线水声定位系统提供借鉴。     

肋骨偏移误差对结构振动与声辐射的影响

实际设计建造耐压壳体时,舱段结构的肋骨可能出现类似偏移这样的制造偏差。因此,研究肋骨制造偏差对水下结构振动与声辐射的影响变化规律,对于水下结构的声学分析具有重要的工程指导意义。以环肋圆柱壳为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元算法,研究了肋骨偏移程度、偏移肋骨的数量和偏移肋骨的位置对结构振动与声辐射的影响。数值计算结果表明：本研究所设计的工况中,肋骨偏移程度、偏移肋骨的数量和偏移肋骨的位置对环肋圆柱壳声辐射功率级的影响可以忽略;肋骨偏移程度对环肋圆柱壳的高频均方法向速度级有较大的影响,但当肋骨偏移距离较小时,肋骨偏移位置和数量的变化对结构的均方法向速度级影响很小。结论对于水下结构声学分析具有一定的参考价值。     

一种自航式声诱饵接收作用距离海上测量方法

针对海上武器装备试验鉴定过程中海试环境与指标环境的差异,给出了自航式声诱饵海上试验实际测量过程中环境参数测量方法,特别是利用海底反演方法反演大面积海域海底参数,并结合自航式声诱饵特点给出接收作用距离折算详细方案,最后运用平滑平均声场模型仿真给出自航式声诱饵接收作用距离测量实例及结果分析,为相应的装备验收试验提供参考。     

提升水下角反射器声反射性能的泡沫塑料夹层方法

常见的金属板角反射器水声目标强度及散射稳定性均不理想，为此，根据水-反射层声阻抗失配原则，提出利用低阻抗泡沫塑料夹层提高角反射器声反射性能的方法。设计水下聚氨酯泡沫夹层板，计算其声反射系数，并从频率、入射角度等方面与单层金属板声反射性能进行对比；在此基础上，构建一种新的聚氨酯泡沫夹层角反射器，并针对水下角反射器的凹形浸水薄壁结构，采用有限元软件ANSYS结合声学软件SYSNOISE，对水下泡沫夹层角反射器与金属板角反射器的声散射特性进行仿真计算和对比；在消声水池对两种角反射器声反射性能进行对比实验。研究结果表明，在同样边长条件下，聚氨酯泡沫夹层角反射器比金属板角反射器具有更优的声反射性能，其目标强度及散射稳定性均优于金属板角反射器，证明了该方法的有效性。     

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。     

水中目标自由场声辐射特性还原及远场声辐射热区识别

获取水中目标的声特性对目标识别和分析十分重要。为解决水中目标声特性测试中自由场条件难以实现的问题,消除结构表面能量流对远场声辐射热区识别的干扰,提出结合基于边界元自由场还原技术和表面贡献法的声场分离技术,实现水中近场非自由场环境中获取水中目标的声特性和识别远场声辐射热区。数值模拟结果表明：非自由环境下基于边界元的声场还原方法还原得到的声场声压、声功率等特性,与直接在自由场获取的结果基本相同;进一步利用表面贡献法过滤掉循环于振动结构表面的能量流,能够在近场识别远场辐射热区。该方法突破了测试环境限制,可大幅降低测试费用,具有一定的工程应用价值。     

基于同态滤波技术的水下目标运动参数估计

针对测量平台空间有限条件下的近场目标运动分析问题,提出了一种基于浅海射线声学多途结构的单水听器水下目标运动分析(TMA)方法。通过构建匀速直线运动目标的三维多途时延模型,推导了以运动参数为变量的直达声和海面一次反射声时延差的非线性函数表达式;根据典型水声信道特征,推导了信道的倒谱表达式,进而利用同态滤波技术解卷积能力估计直达声和海面一次反射声时延差;结合Levenberg-Marquardt方法求解非线性方程的最优解;最后提出二次逼近校正方法,降低了实际水文条件对参数估计的影响。仿真结果证明了方法的正确性,参数估计精度满足实际应用需求。     

循环后缀在水声时反正交频分复用系统中的应用研究

受声速梯度分布、收发节点相对位置等因素影响,水声信道中存在能量最强的多途信号不是最先到达接收端的情况,此情况下对于正交频分复用（OFDM）通信若单一添加循环前缀作保护间隔,在以接收功率最强信号作定时同步时基时,当前符号内信息会受到下一符号信息的污染,进行快速傅里叶变换（FFT）的数据除了本符号数据外还包括了下一符号的循环前缀数据,从而破坏了子载波间正交性,也引入了符号间干扰,导致通信性能下降。为此提出在原有的OFDM数据结构中添加循环后缀,以保证FFT操作的数据为当前符号内信息,即使定时不精确产生k个采样点的偏差,也只是相位偏转2πnk/N,差分编解码技术即可完成相位补偿和校正,保护了子载波间的正交性;同时提出将循环后缀与时间反转镜技术相结合应用于水声OFDM通信系统中,抑制时反信道主峰两侧旁瓣引起的等效多途影响,使得时间反转镜技术适用于OFDM系统,提高系统性能。理论分析和仿真研究验证了循环后缀应用于水声OFDM通信系统的可行性和有效性。