潜射鱼雷攻击水面舰船时的声自导发现概率仿真研究

鱼雷是潜艇攻击水面舰船的主要武器之一,潜艇发射声自导鱼雷攻击水面舰船的过程中,鱼雷的自导装置能否有效发现目标受多种因素的影响,有必要对其声自导装置发现目标的概率进行分析研究。阐述了潜艇使用声自导鱼雷对水面舰船的攻击过程,分析了水面舰船的辐射噪声和声反射强度对鱼雷声自导作用距离的影响,采用蒙特卡洛方法,对声自导鱼雷发现水面舰船的概率进行了仿真分析。仿真结果表明,在设定的仿真条件下,随着鱼雷射击距离增大、声自导作用距离变小、目标方位误差变大,潜艇使用鱼雷攻击水面舰船时的声自导发现概率会明显变小,攻击目标舷角、舰船目标航速不同时,声自导鱼雷的发现概率也不相同。潜艇在使用声自导鱼雷对水面舰船实施攻击前,应根据攻击态势、水面舰船运动规律和水文情况,预报声自导鱼雷对水面舰船目标的发现概率。     

高频噪声干扰器对抗声自导鱼雷效果分析*

为提高潜艇对抗声自导鱼雷时机动方案的合理性,在高频噪声干扰器对抗声自导鱼雷原理分析的基础上,探讨了基于方位和能量的干扰效果分析方法。仿真分析了典型态势下噪声干扰器对主被动声自导鱼雷的干扰区域,给出了干扰扇面和自导距离缩减率随雷目距离的变化规律。结果表明,干扰噪声谱级比潜艇辐射噪声高出一定值(如15 dB)时,对被动声自导鱼雷具有较好的干扰效果,将宽带噪声功率集中到窄带中进行频率瞄准干扰,可大幅提高对抗主动声自导鱼雷的效果。该文的研究方法可为潜艇规避声自导鱼雷的机动方案提供依据。     

水下气体喷射噪声特性研究

水下气体喷射形成了复杂气液流场,同时伴有频带宽、声压大的排气噪声产生。为研究水下排气流动状态与声压频谱之间的关系,建立水下排气噪声测试系统对水下排气形成的两相流场和排气噪声频谱进行了试验研究。结果表明随着排气速度的逐渐增大,排气形成的两相流场由气泡流态过渡为射流流态。伴随着流态的转换,气液边界面附近不稳定,形成大量体积较小气泡,这些小气泡在排气形成的湍流场激振作用下产生共振,从而辐射噪声;另一方面,这些气泡体积小,表面张力大,当多个气泡相互作用以及气泡形态发生变化时将释放出更高的能量,这些能量会辐射形成噪声;喷射流场的流态对水下排气噪声中频段声压峰值有较大的影响。当射流场由气泡流态过渡为射流流态后,2 kHz处对应的声压峰值呈非线性增大。     

基于舷侧阵声纳的鱼雷远程自导性能研究

针对鱼雷的远程自导问题,研究了恶劣水文条件下浅海波导中鱼雷舷侧阵声纳对主动声纳信号的探测能力和测向精度,计算结果表明:在潜艇反舰作战中,通过利用水面舰艇发射的主动声纳信号,可实现潜射鱼雷对目标的远程被动探测,其被动测向精度一般可满足自导精度要求。     

喷管尺寸对水下喷气噪声特性影响的研究

水下排气噪声是一些水下武器的主要噪声源之一,其排放系统管路的喷口参数对喷气产生的辐射噪声有重要影响,特别是对喷口附近气液两相流动产生的噪声有较大影响.为了研究不同喷口结构对水下喷射流场形态和辐射噪声特性的影响,本文对3种不同直径喷管进行多种工况下的水下喷气噪声试验,并观测了喷气形成的两相流场,研究发现在射流状态下喷管直...     

国际监测系统水听器台站监测能力分析*

为有效保障全面禁止核试验条约(CTBT)的执行,国际监测系统(IMS)基于大洋海域的水声台站开展水下核爆、邻近海岸的地下核爆和近海面的空中核爆监测。为评估IMS水声台站对核爆和潜艇活动的监测能力,以IMS水听器台站HA11为例,开展IMS水听器台站监测能力研究。依据抛物方程方法进行全球海域传播损失预测,并根据实际历史数据获取的IMS水声台站背景噪声级,以及给定的水下爆炸声源级和10-100Hz潜艇辐射噪声谱级,实现探测水下爆炸声源和潜艇的优质因数估计,从而给出IMS水听器台站对爆炸声源和潜艇活动的监测范围。研究结果表明,对于安静型潜艇,较低的辐射噪声级导致HA11水听器台站监测距离小于1km。对于水下爆炸声源,即便当量仅1kgTNT,监测范围可覆盖北太平洋大部分区域。随着潜艇航速的提高,水声台站探测距离虽有所增加,但仍不足以实现潜艇活动的有效监测。因此,IMS水声台站对正常的潜艇活动探测能力有限,而基于良好的深海声信道和较高的爆炸源级则可实现全球大洋海域和部分近海海域的水下爆炸事件监测。     

水下对转桨无空化噪声调制理论分析与试验研究

水下对转桨无空化噪声由流场-桨叶相互作用引起,调制特性是水下对转桨无空化噪声的重要特征,本文研究了水下对转桨无空化辐射噪声调制机理。首先利用广义声类比方法得到了无空化条件下水下对转桨的远场声压谱,建立了水下对转桨无空化噪声的调制模型,然后数值仿真了模型对转桨无空化噪声的功率谱和调制谱,最后在空泡水筒中进行了模型对转桨的无空化噪声测量试验,数值仿真结果和试验验证了调制模型的准确性。该模型对于水下对转桨无空化噪声调制特性预报及目标识别具有重要价值.     

蓝绿激光在鱼雷武器上的应用研究

目标识别功能是现代鱼雷武器应具有的基本功能。针对水下激光成像系统的特点,提出了将该系统应用于鱼雷自导／引信系统的设想并对其可行性进行了论证。蓝绿激光技术在鱼雷武器上的应用将有效增强鱼雷的目标识别能力和水下对抗能力,大大增强鱼雷武器的作战效能。     

枪弹间隙对水下枪内弹道的影响

为了研究枪炮全水下发射过程中枪弹耦合间隙对内弹道特性的影响,运用AUTODYN有限元仿真软件,针对滑膛水下枪枪弹耦合设置0.1 mm间隙与不设置间隙两种情况的内弹道过程进行了数值模拟;采用21、25和30 g装药量对水下枪全水下带间隙发射内弹道过程进行了仿真分析,获得了膛压、射弹速度以及过间隙燃气射流在内弹道过程中组分、压力与速度的分布规律;并设计了实弹射击实验用于验证仿真结果。仿真和实验结果表明,合适的枪炮耦合间隙能够有效地提高水下枪发射性能。当枪弹耦合设置0.1 mm间隙时,采用3种装药量发射均能产生弹前气幕,内弹道过程膛压下降明显,弹丸炮口速度提升较为显著,有利于产生稳定的超空泡包裹弹体,使其在水下运动时所受阻力大大降低,从而增加射弹水下行程。     

不同环境下射流辐射噪声特性研究

水下排气噪声形成机理不同于空气排气噪声的产生机理,为了确定水下排气辐射噪声频谱特性及噪声源,进行了水下和空气气体喷射噪声试验研究。分析比较试验结果发现,气泡从管口脱落以及在流场力的作用下气泡体积振动产生的噪声是影响1~4 kHz频段声压的主要噪声源;当水下排气产生的两相流态由气泡流态过渡到射流流态后,气泡辐射噪声峰值与排气速率之间的线性关系消失,1~5 kHz频段内声压值变化较小,而在5 kHz以上的频段声压增幅较其它流量下却明显增大;水下排气由于气流剪切周围水体所引起的湍流噪声要明显低于空气排气产生的湍流噪声。     

Input power flow in a submerged infinite cylindrical shell with doubly periodic supports

A submerged cylindrical shell reinforced by supports of rings and bulkheads is the primary structure of submarine, torpedo and all kinds of submerged aircrafts, so it is significant to study its characteristics of structure-borne sound. By means of periodic structure theory, the input power flow from a cosine harmonic line force into a submerged infinite cylindrical shell, reinforced by doubly periodic supports of rings and bulkheads, is studied analytically. The harmonic motion of the shell and the sound pressure field in the fluid are described by Flügge shell equations and Helmholtz equation, respectively. Since the fluid radical velocity and the shell radical velocity must be equal at the interface of the outer shell wall and the fluid, the motion equations of this coupled system are obtained. Both four kinds of forces (moments) between rings and shell and four kinds of forces (moments) between bulkheads and shell are considered. The solution is obtained in series form by expanding the system responses in terms of the space harmonics of the spacings of both stiffeners and bulkheads. The input vibrational power flow into the structure is obtained and the influences of different structural parameters on the results are analyzed. The analytic model is close to engineering practice, and it will give some guidelines for noise reduction of this kind of shell.     

噪声源非均匀分布海洋环境噪声水平声能流理论分析

研究水平非均匀分布噪声源所产生的各向异性海洋环境噪声场声能流。提出一种混合型非均匀分布噪声源模型,理论分析并数值计算了此模型情况下的环境噪声场水平声能流。结果表明:非均匀分布噪声源引起的海洋环境噪声场具有显著非零平均水平声能流;不同接收点的水平声能流明显不同;其幅度和方向取决于各个局部海域不等强度声源产生的合成噪声声能流矢量和。研究了两接收点间噪声的声压和振速水平分量、振速水平分量归一化相关系数随两接收点间距的关系,各量之间表现出较强相关性,为分析水下矢量声场目标探测技术性能提供理论依据。     

Dynamic behavior and sound transmission analysis of a fluid-structure coupled system using the direct-BEM/FEM

A direct-BEM/Fem method was proposed to analyze the vibration and acoustic radiation characteristics of a submerged structure. Model parameters of the structure and the fluid-structure interaction due to surrounding water were analyzed by using FEM and direct BEM. Vibration velocity of the outer hull surface and underwater sound pressure were computed through modal superposition technique. The direct-BEM/FEM method was first validated by analyzing a submerged cylindrical shell, then was used to analyze the vibro-acoustic behavior of a submarine stern structure. The results have demonstrated the direct-BEM/FEM method is more effective than FEM in computing the underwater sound radiation of the stern structure.     

矩形腔体流场模拟及噪声研究

用大涡模拟方法对低速湍流引起的矩形腔体内流动进行了模拟,并应用FW-H声学类比方程分析了由流动诱发的气动噪声.数值模拟观察到了涡结构的脱体及腔体内部的自激振荡过程,通过分析得出了由流动诱发噪声的声压-频率曲线.研究发现在流速30 m/s时,流动噪声声压级在60 dB以下,348.48 Hz及其高次谐波是噪声的主要来源,流场与声场表现出耦合关系,辐射声场具有明显的方向性.腔体噪声的风洞实验研究得到了与数值模拟吻合的结果.     

控能发射装置

现行的碰撞实验多在气垫导轨上进行,并利用橡皮筋发射滑块,由于橡皮筋容易老化问题难于解决,所以设计了可调节、可显示弹射能量的弹簧枪,用弹簧枪代替橡皮筋,从而可以实现多种被弹射物体的定速发射和同速发射.     

水下对转螺旋桨流致辐射噪声机理与预报方法*

水下对转螺旋桨流致辐射噪声的预报对于水下目标的特征提取和分类识别具有重要意义。由桨叶的旋转引起的湍流场是水下对转螺旋桨流致辐射噪声的源场。分述了水下对转螺旋桨湍流边界层脉动、旋转干涉效应和空化效应引发的水动力噪声机制和研究进展,比较了目前工程应用中的3种对转螺旋桨流致辐射噪声预报方法的特点。在分析对转螺旋桨流致辐射噪声数值预报难点的基础上,综述了对转螺旋桨流致辐射噪声计算方法的研究进展,指出间接数值模拟方法是工程中进行对转螺旋桨流致辐射噪声预报的有效方法。     

Flow noise of an underwater vector sensor embedded in a flexible towed array

The objective of this work is to simulate the flow noise of a vector sensor embedded in a flexible towed array. The mathematical model developed, based on long-wavelength analysis of the inner space of a cylindrical multipole source, predicts the reduction of the flow noise of a vector sensor embedded in an underwater flexible towed array by means of intensimetric processing (cross-spectral density calculation of oscillatory velocity and sound-pressure-sensor responses). It is found experimentally that intensimetric processing results in flow noise reduction by 12-25 dB at mean levels and by 10-30 dB in fluctuations compared to a squared oscillatory velocity channel. The effect of flow noise suppression in the intensimetry channel relative to a squared sound pressure channel is observed, but only for frequencies above the threshold. These suppression values are 10-15 dB at mean noise levels and 3-6 dB in fluctuations. At towing velocities of 1.5-3 ms(-1) and an accumulation time of 98.3 s, the threshold frequency in fluctuations is between 30 and 45 Hz.     

水下双层圆柱壳体结构辐射噪声实时预报方法研究

根据Sommerfeld辐射条件和统计能量假设定义了具有方向性特征的声辐射系数,再结合声辐射效率特性定义了新的参数声辐射因子。在外壳体表面速度实时重构理论基础上提出了用声辐射因子实现水下双层圆柱壳体结构辐射噪声实时预报的方法,还提出了有限长水下圆柱壳体结构声辐射因子的试验测量方法。水下声学试验研究表明该方法预报的辐射声压与实测值吻合较好,能满足水下噪声预报的实时性、远场指向性和工况适应性等计算要求。