水下等离子体声源的冲击波负压特性

基于修正的Rayleigh气泡脉动方程对水下等离子体声源放电产生的 强声冲击波的传播过程进行了分析; 利用Euler方程作为控制方程组, 建立了水下等离子体声源的聚束声场模型, 通过仿真计算获得的传播云图对冲击波负压的形成机理进行了直观的理论分析. 结果表明: 经过聚能反射罩反射汇聚得到的聚束波在反射稀疏波和水的惯性作用下, 聚束波周围水域产生了拉伸, 形成负压区, 如果拉伸力大于水的抗拉上限, 就会使得水中形成不连续现象, 即出现空化气泡; 此外聚能罩边缘处产生的衍射波进一步加剧了负压的产生, 边缘衍射波最终与拉伸波叠加, 使冲击波负压达到最大值; 通过对比仿真波形和实验波形, 从而验证和进一步揭示了冲击波负压的形成原因. 研究结果对认识水下冲击波的传播规律和进一步改进等离子体声源的设计具有指导意义. 关键词： 等离子体声源 冲击波负压 聚束声场模型 气泡     

水下强声源的多电极阵列聚束特性

分析了水下等离子体强声源的冲击波产生特性,利用激波产生时刻与触发开关导通时刻之间时间间隔的一致性,提出了基于激波叠加的多电极阵列聚束的可行方案。建立了水下等离子体强声源的多电极阵列聚束模型,通过仿真计算,得到了不同放电时序下的多电极阵列聚束声场分布特性。仿真结果表明:基于激波的多电极阵列聚束方案可有效进行相干叠加,通过控制多电极阵列的阵元放电时序可灵活改变阵列聚束区域的指向性,有效提高指定区域的聚束波声压级。研究结果对认识水下强声冲击波的叠加规律和优化水下强声源的多电极阵列设计具有指导意义。     

基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法

为了提高分布式结构声源的声场重建精度,本文提出了基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法.该方法首先利用声场叠加原理和结构振声传递特性,建立了结构声源表面振动与辐射声场之间的振声传递关系解析表达式,得到便于快速计算的振声传递矩阵,能够解决连续分布、相干结构噪声源的声传播模型精细化表征问题.然后利用振声传递矩阵作为传递算子进行声场重建,并与迭代加权算法相结合.通过将基于单元辐射叠加法的声场预报结果与解析法预报结果进行比较,验证了单元辐射叠加法具有较高的准确性.并将基于单元辐射叠加法的声场重建方法与传统等效源法近场声全息和迭代加权等效源法相比较,通过仿真分析与矩形板声场重建实验证明了基于单元辐射叠加法的声场重建方法能够改善结构声源的声场重建精度并增大近场声全息的有效测试距离范围.     

四壁倾斜水池点源低频声场特性的理论计算及实验测量

本文对哈船院柴油机水下排气噪声实验用四壁倾斜水池的低频声场特性进行了理论计算和实验测量。在理论上采用边界无法对水池点源声场进行数值模似，并将计算结果与球面波扩展规律进行比较。利用柴油机水下排气管口体积脉动声辐射作为声源在柴油机排气频率范围内和常用测点区域内对水池进行声场特性测量。这一工作对柴油机水下排气噪声的实验研究和理论预报有一定的指导作用。     

空气中声源激发水下声场的水平纵向相关性

声场的空间相关特性是声场的重要特征,对水下探测、水声通讯等各种设备在实际海洋环境中应用的参数选择具有重要意义,是水声工程技术研究的重要基础之一。相比于水中声源激发声场的相关特性研究,空气中声源的相关研究很少。本文推导了空气中声源激发水下声场的水平纵向相关的简正波表达式,并通过数值仿真分析,比较了声源分别位于空气中和水中时水下声场的水平纵向相关特性。对南海海域进行的一次悬挂汽笛空气声源、海底水平阵接收信号海上实验获得的数据进行分析,结果表明:空气中声源位于不同距离时,其发射的声信号激发水下声场的水平纵向相关均存在明显的起伏结构,基于本文提出的空气中声源激发水下声场的水平纵向相关系数的简正波表达式能够较好地解释该现象.      

基于统计最优和波叠加的联合局部近场声全息

提出了一种基于统计最优近场声全息和波叠加法的联合局部近场声全息技术。首先利用两次统计最优近场声全息的声源定位结果来指导配置等效源,其后利用波叠加法进行局部声场重构。该技术适合于中低频声场的局部重建,计算快速,重建精度高;可以在测量数据有缺失的情况下重建声场。进行了脉动球声源模型的数值仿真,并在半消声室内对电机噪声源进行了实验,仿真实验都准确地重构了声源所辐射的外部声场。该技术可以重建任意类球形声源辐射的声场。      

多层介质中超声相控阵声场仿真*

由于良好的声束偏转与聚焦特性,超声相控阵已经广泛应用于多层固体介质的缺陷检测。当超声束经过多层介质时,由于反射、透射以及模式转换的存在,多种声束存在于这种结构中,使得声场分析变得复杂。为了提高多层介质检测的准确性,有必要对超声声场的分布规律进行深入地了解。该文结合高斯声束等效点源模型以及射线追踪法,给出了相控阵声源在多层固体介质中激发声场的仿真方法,并且模拟计算了一维线型相控阵在楔块-铝-黄铜-钢四层固体介质中的辐射声场。通过对不同延时法则的计算,实现了声波在这种复杂介质中的偏转与聚焦,进而研究了不同焦点处聚焦声场的分布。结果表明:相控阵方法能使聚焦点处的声场幅值增大,能量集中,提高了检测分辨率;不同聚焦点处声场聚焦效果不同,实际检测时应根据检测区域结构及位置特点,合理放置相控阵换能器。与瑞利积分法的比较表明,该文的仿真方法适用于多层介质相控阵声场的计算。     

利用声辐射模态重构任意目标的散射声场

水下目标散射声场的重构可以作为水下目标散射特性的研究基础。本文主要利用声辐射模态对水下目标进行散射声场重构研究。首先,在借助声传递矩阵给出的任意结构声辐射模态的流体域求解方法基础上,通过理论证明了目标的散射声压与声辐射模态具有函数关系。其次,借助声场分布模态的概念,同时考虑到声场分布模态病态及声压测量易受噪声污染,提出基于声辐射模态的正则化散射声场重构算法。仿真结果表明,波数越低,重构所需声辐射模态阶数越少,在较高波数时仅需总模态数的大约20%即可对声场进行重构。与基于边界元的声场重构算法相比,计算量减小了至少80%,且克服了赫姆霍兹积分方程最小二乘法仅对球壳结构的重构效果较好而不适用于长条形结构重构的缺陷。     

利用等离子体声源测量浅海低频段水声信道特性

浅海水声信道的结构特征及其变化特性是浅海环境水下远程探测和通讯应用的基础.为了有效测量低频水声信道特性,我们在实验中采用了拖曳等离子体声源和垂直阵接收系统。通过实验测量与信道模型仿真输出的比较,对等离子体声源特性,特别是脉冲波形、空间指向性和电声转换效率,以及在信道中的传播特性等进行测量分析。结果表明:实验测量与信道模型仿真符合良好,实验中采用的等离子体声源的发射源级和拖曳姿态稳定,波形一致性好,可以满足走航式连续水下信道测量要求。      

有限长线声源斜面声场分析

为了进一步研究有限长线声源的声场特性,完善有限长线声源声场理论,建立了有限长线声源斜面声场的模型,提出了其理论计算方法。基于仿真结果和数据分析,探讨并得到了有限长线声源斜面声场特性的三个参数与斜面声场特性之间的关系。通过调整斜面倾角α、交点的位置r0以及有限长线声源的长度L,可以有效改善斜面声场的分布。     

声纳导流罩吸声障板声学特性的研究

本文研究内容属于舰艇声兼容性技术研究的一部分。应用声学软件SYSNOISE计算了,声纳定向发射时某试验用声纳导流罩及尾部吸声障板的声场特性,同时进行相同工况的水下模型试验。计算结果与试验结果吻合良好,说明应用声学软件对声纳声场进行计算是一种可行的方法,有可能推广至其他的水下模型的声场计算。结果数据反映了吸声障板对声纳定向发射时声场的影响,为舰艇总体声纳导流罩内吸声障板的结构设计、声兼容设计提供依据。     

船舶球鼻艏导流罩声障板参数对艉部声场的影响

本文研究了声障板相关参数对球鼻艏导流罩内声纳艉部声场的影响。对某舰缩比模型罩建立了有限元模型，然后运用有限元法声学分析软件，计算了某些频率下声源定向发射的声衰减特性和声场特性。计算结果与已进行的模型罩消声水池的试验结果吻合良好。     

利用宽带声场频率-掠射角干涉结构的深海直达声区目标深度估计方法

针对典型深海环境中宽带声源的深度分辨问题,通过研究深海声场随频率起伏的干涉结构与垂直线阵频域波束输出图中的干涉结构,给出一种直达声区内可区分多水下目标的宽带声源深度估计方法。该方法以近水面目标的射线声场模型为基础,推导出近海面宽带声源接收声场的波束输出表达式,阐明了频域波束输出图中干涉结构与声源深度的对应关系。然后利用改进的傅里叶变换方法将二维频域波束输出图映射到声源深度-掠射角度域,可实现声源深度信息的有效分离。最后开展了深海实验验证,利用垂直阵接收拖曳声源发射的宽带白噪声信号,拖曳声源深度计算结果与实测声源深度基本一致。数值仿真与实验结果均表明该方法可以在多目标复杂环境下准确估计出水下宽带声源的深度。      

面向目标的定向声辐射技术及其应用研究

面向目标的定向声辐射是指利用声源特性和阵列信号处理技术,将声波传送至目标方向或区域的声场控制方法。本文介绍了定向声辐射技术的原理和进展,重点阐述了普通扬声器阵列和参量阵扬声器这两种声源形式的理论、算法和应用研究。其中,针对扬声器阵列,主要分析了基于声能量对比度控制的声聚焦技术;针对参量阵扬声器,综述了利用非线性效应产生高指向性可听声的计算方法、信号预处理和应用等进展。面向目标的定向声辐射技术的研究对实现智能声场控制有着重要意义。     

倾斜金属线条反射阵对声表面波的反射特性

本文讨论了晶体表面倾斜金属线条对声表面波的反射特性,利用简单模型和多次反射模型详细讨论了等线宽、等周期金属线条反射阵的声场分布和反射特性。另一方面,利用扫描激光探针的方法测量了上述反射阵引起的声表面波反射声场,且比较了理论和实验结果,说明反射阵中多次反射声波不能忽略,利用多次反射模型能够较好地说明声场变化的一些现象。     

空气中声源激发的浅海水下声场传播实验研究

为了了解空气中声源激发的水下声场传播特性,对此开展实验研究.2010年在南海北部海域进行了一次空气中声源激发水下声场实验,在水下成功地接收到远至4 km处大功率扬声器在空中发射的脉冲声信号.本文通过分析实验数据,研究空气中声源激发的浅海水下声场传播特点.针对接收阵拾取的声传播信号信噪比低的特点,综合利用脉冲压缩以及波束...     

基于波导不变量的空中和水下声源分辨方法

波导不变量反映了水下声场多途传播的干涉结构特征。将波导不变量的提取分析应用于空气中声源产生的水下声场,通过数值仿真分析了波导不变量分布随深度的变化,提出了利用小深度接收声场提取的波导不变量分布来分辨空中和水下声源的方法。分析了空气中声速和风速剖面对该方法的影响,指出在实际海上环境条件下,当出现逆温现象或者当接收器在声源下风方向时,该方法是有效的。      

基于波导不变量的空中和水下声源分辨方法

波导不变量反映了水下声场多途传播的干涉结构特征。将波导不变量的提取分析应用于空气中声源产生的水下声场,通过数值仿真分析了波导不变量分布随深度的变化,提出了利用小深度接收声场提取的波导不变量分布来分辨空中和水下声源的方法。分析了空气中声速和风速剖面对该方法的影响,指出在实际海上环境条件下,当出现逆温现象或者当接收器在声源下风方向时,该方法是有效的。     

半自由声场的全息重建和预测实验研究

半自由声场环境下的声源重建和声场预测研究对声全息技术走向实际应用具有非常重要的意义.在提出基于分布源边界点法的半自由声场全息重建和预测方法的基础上，对此展开了实验研究.并将重建和预测的结果与常规方法重建和预测的结果进行了比较和讨论，说明了重建预测过程中反射声压的影响和考虑反射声压的必要性，证明了所提出方法在解决半自由声场环境下存在地面反射时的声源重建和声场预测时的有效性和准确性.还提出了采用奇异值截断滤波和Tikhonov正则化方法来削弱测量误差的影响，从而进一步优化了重建结果，提高了全息成像的可信度. 关键词： 声全息 半自由场 边界点 声辐射 反射声     

对镶在圆柱障板上单块有限复合板散射近场的研究

本文提出了预测镶在圆柱障板上一块具有三层加筋结构的复合材料有限板的振动特性和近场散射特性的理论模型。研究了在密介质中振动系统和入射声场的互作用以及不同振动之间由于辐射场引起的互耦合作用,数值计算了简支镶嵌在圆柱障板上的单块有限复合板的各种振动模式自耦合和互耦合系数,计算分析了有限复合板的振动再辐射近场特性。设计进行了测定有限复合板系统的近场实验。实验结果与理论计算结果符合较好。