TBL压力起伏激励下粘弹性圆柱壳内的噪声场：Ⅰ．噪声产生机理

用波数-频率谱传递函数描述包括粘弹性圆柱壳和流体负荷在内的整个系统，导出了TBL（湍流边界层）压力起伏激励下管内噪声场互谱函数的一般表示式。存在着两种噪声产生机理：一种是压力起伏的迁移峰通过柱壳直接传递，另一种是压力起伏激励桂亮共振产生再辐射。在低频情况下。后一种机理产生的噪声起主要作用。通过求解带有流体负荷的圆柱壳的频散方程，得到复K平面上两个Stoneley型极点。它们是低频条件下管内噪声的主要源。最后，用数值积分方法计算了柱壳半径、壳厚、材料吸收及流速等因素对噪声降低值的影响。     

可分离变量的水下弹性体的纯弹性共振散射

理论上，共振散射谱的提取通过纯弹性散射函数来实现，它定义为总的散射函数和合适的背景项之差。本文导出具有可分离变量的水下弹性体的纯弹性散射函数的简单而明显的表示式。它取决于模态的机械阻抗和声阻抗，除了一个只依赖于形状的相位因子外。用新公式分析分波共振谱发现两类不同特性的共振：弹性波共振和流体波共振。前者主要取决于物体的弹性，流体负荷的作用是第二位的。后者紧密联系于流体负荷，当流体负荷消失时它也消失。这就允许我们对单个共振正确地分类。最后，计及流体波共振极点，应用奇异点展开法对传统的共振散射公式进行了修正。     

水中弹性结构声散射和声辐射机理——结构和水的声-振耦合作用

从三个方面综述水中弹性结构声散射和声辐射的机理,特别强调声-振耦合或流体负荷作用。首先从阻抗的角度讨论声-振耦合作用。对于典型问题散射和辐射声场可以用阻抗的形式表示,系统的总阻抗等于机械阻抗和辐射声阻抗之和。表面振速只依赖于总阻抗,而声辐射依赖于辐射声阻抗与总阻抗之比。总阻抗等于零给出系统的特征方程,方程的根就是声场函数的极点。其次应用共振散射和辐射理论讨论声-振耦合作用。此理论将声场表示成各种共振再辐射模态的叠加,从振动的角度揭示声-振耦合机理。已经证明,模态的再辐射效率近似正比于复频率极点的虚部。第三,应用基于Sommerfeld-Watson变换的表面弹性波理论讨论声-振耦合作用。此理论将声场表示成各种表面弹性波-环绕波的再辐射的叠加,从波动的角度揭示声-振耦合机理。也可以证明,环绕波的再辐射效率近似正比于复波数极点的虚部。     

水中矩形板的共振声辐射

研究共振声辐射理论(Resonance Radiation Theory:RRT)在水中矩形板的应用。导出了矩形板的共振声辐射公式、并数值验证了其适用性。深入分析了有流体负荷矩形板的复共振频率的物理意义及其与导纳留数、模态辐射率的关系,复共振频率的实部表示实际共振频率,虚部反映模态辐射能力。根据复共振频率容易找到辐射能力相对较强的模态,为有针对性控制声辐射提供了新的思路。鉴于复平面搜根求解模态复共振频率的困难,针对矩形板的特点提出了一种求解复共振频率及留数的快速方法。结合该方法及RRT,提出了一种快速计算辐射声功率的方法,数值验证表明该方法精度高、速度快。      

湍流边界层起伏压力谱和聚偏氟二乙烯薄膜(PVDF)水听器响应的实验研究

利用一个 φ８ ｍｍ水听器和一个 ２０元阵在水洞中测量了湍流边界层起伏压力的点功率谱密度和波数频率谱密度。点功率谱密度测量结果的无量纲表示和 Ｂｕｌｌ　Ｍ． Ｋ．等人风洞中的测量结果相吻合。波数频率谱的测量结果中能清楚地看到迁移峰,从而可进一步从迁移峰所在的位置求得迁移速度。同时还测量了一个接收面积为 １００ ｍｍ×６０ ｍｍ的 ＰＶＤＦ水听器对湍流边界层压力起伏的响应谱,将其结果和 φ８ ｍｍ水听器测量结果的对比,可以清楚看到 ＰＶＤＦ水听器对湍流边界层压力起伏的空间滤波作用。     

水中弹性球壳的共振声辐射理论

为了深入认识水中结构的声辐射机理,木文提出一个称为共振辐射理论（ResonanceRadiationTheory－RRT）的新理论。它是由共振散射理论（ResonanceScatterinyTheory－RST）推广得到的。对于一个在内壁简谐力激励下的水中弹性球壳,从经典的Rayleish简正级数解出发导出了共振辐射公式。水中薄钢球壳的辐射分波的数值计算表明,辐射形态函数与散射形态函数相似。由复共振极点参数按照共振辐射公式合成的辐射声功率曲线与严格理论的计算结果符合良好。     

充水圆柱壳声散射的环绕波分析

研究了内部充水圆柱壳散射声场的构成。采用弹性薄壳理论和Sommerfeld-Watson变换(SWT)方法导出散射声场的解析解。数值搜索环绕波的复波数极点,比较圆柱壳体内部真空和内部充水两种情况下表面环绕波的相速度、衰减等性质。用镜反射波和环绕波的叠加合成反向散射形态函数,与简正级数解符合良好。计算流体附加环绕波的回波时序并与实验数据对照。结果表明,流体附加环绕波的再辐射是内部充水圆柱壳的形态函数出现更加丰富的共振峰和回波结构形成的重要原因。      

TBL压力起伏激励下粘弹性圆柱壳内的噪声场：Ⅱ．有限水听器和阵

有限水听器和水听器阵是一种波数滤波器，它们能够降低流噪声。本文研究粘弹性圆柱壳内圆柱面和双圆片形水听器和阵对于TBL（湍流边界层）压力起伏的响应。用波数-频率谱分析方法导出：1）单个水听器的噪声功率谱，2）两个水听器噪声的空间相关函数，3）水听器阵的噪声功率谱。通过数值积分估计了噪声降低值与水听器的形状、尺寸、阵元数、阵元间距等参数的关系。同时也计算了两个水听器噪声的宽带和窄带空间相关系数。结果表明，水听器阵可有效地降低管内噪声。     

矢量拖线阵不同形状水听器流噪声响应特性

拖线阵声呐流噪声大小与水听器形状密切相关,为了揭示矢量拖线阵流噪声响应特性,研究了不同形状矢量水听器滤波特性及其噪声抑制特点。基于波数-频率谱分析方法,导出了圆柱形、球形、胶囊形矢量水听器的波数响应函数以及噪声功率谱解析表达式;并根据湍流边界层压力起伏Carpenter模型数值计算了矢量水听器波数响应函数、流噪声响应特性与水听器形状和几何尺寸之间的变化规律,得到了不同形状矢量水听器抑制流噪声特点。研究结果表明,细长胶囊形矢量水听器具有较好的流噪声抑制性能。      

简谐速度噪声及其与势场之间的频率共振

为了描述复杂的噪声环境，考虑了一种具有频率结构的噪声——简谐速度噪声，包括它的产生、关联函数、功率谱以及作为热噪声时的频率特性所导致的一些行为.结果表明：在频谱空间中简谐速度噪声是一种带通噪声，存在一个峰值频率，且噪声带宽由参量Γ控制.当简谐势中的一个布朗粒子受热简谐速度噪声驱动时，粒子能量极大值出现在两种频率相等的情况下.这表明噪声和势场的频率之间存在动力学共振，决定着粒子能量的大小. 关键词： 简谐噪声 简谐速度噪声 功率谱 频率共振     

水听器非轴线布放时的拖线阵流噪声响应

对拖线阵流噪声理论做出两项改进.(1)对Corcos/Carpenter两种压力起伏模型以及相应的拖线阵流噪声响应进行了全面的比较; (2)讨论了有限水听器非轴线布放时的拖线阵流噪声响应,并导出了噪声功率谱的解析表达式.结果表明,这两种压力起伏模型的波数谱、流噪声响应具有一定差别;流噪声响应与拖曳速度、套管外径以及轴线偏移距离有着密切关系.基于Carpenter模型的数值分析表明,拖曳速度提高一倍,噪声功率谱增加约24 dB,且随着套管外径的增大而减小、轴线偏移距离的增大而增大.套管外径以及轴线偏移距离对高频噪声的影响要大于其对低频噪声的影响.     

平面声波斜入射到水中无限长圆柱壳体的纯弹性共振散射

斜入射情况下水中弹性圆柱壳体的共振声散射问题至今还很少被研究。本文导出了平面声波斜入射时水中无限长圆柱壳体纯弹性共振散射函数的简单而明显的表达式。针对中空铝圆柱壳体（ｂ／ａ＝０．８）详细计算了不同入射角时纯弹性共振散射的分波共振谱，同时还给出了远场反向散射形态函数及其刚硬背景隔离，发现形态函数受吻合频率的影响很大。文中详细计算了斜入射时无固次复频率平面上的共振复极点分布，并由此计算了不同入射角时各阶共振模式，特别是附加共振模式所对应螺旋环绕波的相速度频散曲线。这些结果十分有助于认识声波斜入射下圆柱壳体的共振和再辐射的物理本质。     

矢量拖线阵水听器流噪声响应特性

针对传统拖线阵流噪声理论的局限性, 建立了完善的矢量拖线阵流噪声理论分析方法, 可全面准确地揭示矢量拖线阵流噪声响应特性. 基于细长圆柱的湍流边界层压力起伏Carpenter模型, 采用波数-频率谱分析方法对矢量拖线阵流噪声响应特性进行了理论研究, 导出了圆柱形矢量水听器流噪声响应的声压和振速自功率谱及其互功率谱的解析表达式, 定量分析了流噪声响应功率谱与拖曳速度、水听器尺寸、套管尺寸和材料等参数之间变化规律; 另外, 还讨论了圆柱形矢量水听器偏离护套轴线时矢量拖线阵流噪声响应, 导出了流噪声响应的声压、径向和轴向振速自功率谱及其互功率谱的解析表达式, 数值计算结果表明: 轴线偏移距离对声压和轴向振速的高频噪声的影响要大于对低频噪声的影响, 而对径向振速的全频段噪声都有明显影响, 且对振速分量影响要远大于对声压影响.     

Al原子共振双线跃迁几率实验研究

我们用Nd：YAG脉冲激光烧蚀金属Al靶产生等离子体，利用时间分辨技术摄取Al等离子体辐射时间分辨谱，获得Al原子共振双线辐射谱；通过积分谱线下的面积，计算共振双线强度；根据共振双线强度比，推断Al原子共振双线跃迁几率比，并与理论计算结果比较。结果发现，实验结果与理论计算符合的很好。     

调制与解调用于随机共振的微弱周期信号检测

提出了调制随机共振方法，实现了在大参数条件下从强噪声中检测微弱周期信号.将混于噪声中的较高频率的弱信号经调制变为一差频的低频信号作用于随机共振体系，该低频信号满足绝热近似理论，因而能产生随机共振；再经解调可获得埋于噪声中的原较高频率的弱信号.对埋于噪声中的未知频率，可采用连续改变调制振荡器的频率，以获得一个适当的差频信号输入到随机共振体系，根据输出信号共振谱峰的变化经解调而得待检弱信号的未知频率.该方法应具有较高的应用前景. 关键词： 调制与解调 非线性双稳系统 随机共振 微弱信号检测     

有限声波束在Rayleigh角附近从平面液-固界面上散射的新的统一理论

分析有限声波束从平面液-固界面上散射的困难主要发生在平面波反射系数的处理上。本文应用奇异点展开法将反射系数在Rayleigh极点附近展开成一个解析函数(其值为1)和Laurent展开式之和。散射场的计算用波数和界面两个变量的双重积分来进行,常数1产生刚性界面的几何散射波,Rayleigh极点展开项导致Rayleigh泄漏波。本文特别证明,对于大多数液-固界面,极点的留数近似地正比于极点的虚部。因此,根据复极点的值可以确定Rayleigh泄漏波的整个特性,包括激发和再辐射效率。对于反向散射场,既然负Rayleigh极点起作用,自然地出现反向Rayleigh泄漏波。     

级联双稳系统的随机共振特性

研究了两个双稳系统级联的随机共振特性，由于第一级双稳系统的作用是将白噪声转变为色噪声，因此它是整个级联系统中最重要的环节，以后各级系统近似按洛伦兹分布将噪声能量不断向低频区域集中，从而减弱高频抖动，突出波形的基本轮廓.频谱中信号谱峰随噪声强度的变化规律表明，级联双稳系统只在有限的低频范围内，通过一定量的噪声强度来增强信号频率处的谱峰高度，如果前一级系统未达到随机共振状态，那么其后一级并不能对前一级的输出进行“优化”而形成随机共振.级联双稳系统级数的增加，会使噪声能量集中的低频区域变窄，信号谱峰易被压缩和受到噪声干扰.虽然可以用二次采样方法进行改善，但其改善程度有限.因此对于信号检测而言，使用单级双稳系统即可. 关键词： 级联双稳系统 随机共振 频谱 噪声     

利用线谱起伏实现目标测距

常见水中目标辐射噪声的线谱会随目标运动而出现强弱起伏。不同号简正波之间的干涉是目标声强随距离起伏的主要原因,利用简正波水平波数差和波导不变量之间的关系,推导了不同线谱随距离变化起伏的理论关系式。基于此关系式,提出利用两条或多条线谱声强起伏进行声源测距的方法。针对两条线谱起伏测距方法存在的旁瓣问题,解释其形成原因,并提出用多条线谱声强起伏抑制旁瓣。数值仿真验证了方法的可行性,利用多条线谱声强起伏测距的方法可有效抑制旁瓣。海试数据分析表明,当连续谱部分非常微弱无法有效测距时,利用多条线谱声强起伏测距的方法仍能稳定的估计渔船目标距离,估计距离的平均相对误差为12%。      

水声波导中包络线谱强度数值预报

为了预报声呐远距离检测包络线谱的性能,本文分析在辐射噪声传播过程中包络线谱强度衰减的原因及提出在水声波导中包络线谱强度的数值预报方法。依据周期性局部平稳过程对舰船辐射噪声建模,推导出无噪声干扰及有噪声干扰下的包络线谱强度的数学表达式,获得了包络线谱强度传播衰减的规律,在水声波导中包络线谱声级传播规律与平稳谱一致,但包络线谱高出连续谱的强度的衰减取决于随信噪比变化的调幅深度修正因子。包络线谱强度数值预报方法如下:先利用传播衰减的数值方法例如用简正波方法波数积分方法PE方法等求出平稳辐射噪声的传播衰减,再求信噪比,最后依据调幅深度修正因子获得包络线谱强度降低的分贝数,预报出在水声波导中任意一点包络线谱信号高度。该理论和数值预报方法具有创新性,实用,简单,适合工程应用。      

高效率激光冷却原子束

计算了用远离共振的两个行波场作用于一个二能级原子使其能级产生调制后再与一个近共振的行波场相互作用产生的辐射压力。结果表明,这个力在合适的条件下,有可能比自发辐射力大得多,因而可以实现高效率的激光冷却。 关键词：