覆盖多柔性层的有限长圆柱壳声辐射特性

研究了有限长圆柱壳覆盖多层柔性材料的声辐射特性.根据相邻柔性层界面上的边界条件推导了柔性层系的传递矩阵,结合薄壳理论和声波动方程建立了分析覆盖多柔性层后圆柱壳声辐射的理论模型.通过数值计算表明,减小柔性层的声速或者密度均能增加辐射声功率降低量,而采用多柔性层结构能比相应的单层均匀柔性材料获得更好的降噪效果.     

用物理声学方法计算非硬表面的声散射

本文将物理声学方法(Kirchhoff 近似)推广到非硬表面的情况,以解决带有吸声覆盖层的目标的目标强度计算问题。采用局部平面波近似,散射体表面的声压及其法向导数可以用平面波反射系数和表面声阻抗联系起来,所导出的修正的Kirchhoff近似包含有平面波反射系数。对于阻抗表面球,物理声学方法和严格解的比较表明,物理声学方法仍然是高K_a值时的一种很好的近似方法。     

含圆柱形空腔吸声覆盖层的二维理论

发展了一种基于线性粘弹性Kelvin-Voigt模型的二维解析理论,分析声波垂直入射情况下含有周期分布圆柱形空腔的吸声覆盖层的反声和吸声特性。将覆盖层单元近似为粘弹性圆柱管,导出轴对称波的特征方程。再利用前后界面的边界条件得到这些轴对称波的共振频率和覆盖层的反射系数公式。根据理论模型计算了刚性背衬下某种材料吸声覆盖层的低频吸声性能。计算结果表明:(1)材料损耗因子越大吸声系数越大,但吸声峰值频率基本上不变,(2)覆盖层越厚吸声峰值频率越低, (3)穿孔率越小吸声峰频率越高,吸声系数峰值越大。     

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。     

有吸收流体介质中典型弹性壳体的共振散射

研究了环境流体有吸收时弹性球壳和圆柱壳的共振散射特性。利用严格弹性理论和分离变量法导出的经典简正级数解仍然成立。但是,散射形态函数要根据介质吸收而进行修正,否则将得到不合理的结果。重新定义了有吸收介质中的反向散射形态函数,计算了各种吸收条件下中空和有固体填充物的弹性球壳和圆柱壳的形态函数。结果表明,环境流体的吸收导致中频段的吻合共振显著减弱,但对壳内填充物的低频共振影响较小。     

水下吸声覆盖层声管测试的背衬研究

在吸声覆盖层水声声管测试的实验研究中，覆盖层背衬的选择对测量结果有重大影响。在我们二维理论研究的基础上，建立了吸声覆盖层声学特性的传递函数模型，分析比较了不同背衬对吸声覆盖层声学性能的影响。结果表明，不同背衬对吸声覆盖层吸声性能的影响具有明显不同的特性。背衬为双层壳体时，水层对吸声覆盖层的吸声系数曲线有明显的调制现象。背衬为单层壳体或双层壳体时，从整体上讲，吸声系数更趋近于刚性背衬而非软背衬的情况。在实验室小样品声管测试中，以较厚的钢柱作为背衬的测试数据来衡量吸声覆盖层性能更为合适，且易于实现。     

基于射线跟踪技术的浅海波导中目标回声计算

基于浅海波导中目标回声计算的射线声学方法,将数值模型推广到任意声速剖面的情况,发展了基于射线跟踪技术的浅海波导中复杂目标回声的数值计算方法。应用HAPRO声线模型跟踪计算本征声线,并结合板块元方法计算浅海波导中的目标声散射。算例比较了冬、夏两季典型声速剖面和细沙、黏土海底等不同浅海环境情况下的目标回声特性。计算表明,浅海波导中球体和横向放置的长圆柱体的等效目标强度ETS与自由空间中的目标强度TS很接近,声速剖面和海底底质对这类目标的ETS影响很小,传统意义上的声呐方程基本上成立。竖向放置的长度/波长比远大于1长圆柱以及benchmark潜艇等复杂形状目标的ETS与自由空间中的TS差别较大,传统的主动声呐方程存在较大误差。      

水中双层无限长圆柱壳体声散射

研究水下双层无限长圆柱壳体的声散射。采用弹性薄壳理论和Fourier变换方法导出了散射声场的解析解。并分别计算了平面波正横和斜入射单层和双层无限长圆柱壳体的远场散射形态函数。计算表明在不同的入射角,由于不同类型的弹性波被激励,散射波呈现不同的特性。通常双层无限长圆柱壳体的散射特性由外壳、内壳和中间耦合水层共同作用决定。但外壳很薄、内壳较厚、水层较薄时,无限长充水双层圆柱壳体的低频散射特性主要由单层内壳决定。当然这时外壳的共振特性也不能忽略。     

沉底水雷目标强度与回声信混比

通过几何图形建模软件对沉底水雷目标精确建模,利用基于物理声学的板块元算法对界面附近目标回波特性进行理论计算。以某沉底水雷为例,对比无界面、淤泥和粘泥界面附近沉底水雷的目标强度,讨论了发射-接收波束宽度对沉底水雷目标强度的影响,比较不同波束角、俯仰角和方位角情况下的回声信混比。计算结果表明,在某些特定角度对沉底水雷进行探测会有比较好的效果。     

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。