大深度接收时深海直达波区的复声强及声线到达角估计

基于射线模型给出了质点水平振速、垂直振速及复声强的表达式.结合深海直达波区的声线到达结构,分析了大深度接收时深海直达波区复声强的特点,理论分析与仿真结果表明,利用声场中不同组声线的复声强可以估计声线到达接收点的掠射角.根据在2014年进行的一次深海实验中布放在3146 m深处的矢量水听器获取的实验信号,利用直达波和海面反射波的复声强估计了直达声线与海面反射声线到达接收矢量水听器处的掠射角,结果表明,估计的声线到达角与理论计算结果基本一致.     

射线模型Bellhop的并行化处理

射线模型是声场计算时常用的模型之一,为了使射线模型Bellhop实现对声场的快速计算,该文基于Bellhop传播模型的C++版本BellhopC开发了并行化射线模型BellhopMP。在并行的处理过程中,结合高斯射线理论,利用多线程技术,建立稳定可靠的并行模型,实现快速声场预报。文章通过仿真实验验证了该模型计算声场的准确性,并通过典型海洋波导下的声传播问题对其并行计算性能进行了测试。结果表明使用BellhopMP能够大幅度提高计算速度,有效解决深海远程等长时间声场计算问题,并且串行所需的计算时间越长,并行效率越高。     

双声源驱动热声系统声场调制研究

本文在回热器边界声场调制理论的基础上,考虑了两端换热器和谐振管变径的影响,推导出热声系统(谐振管和回热器)内声场与双声源复声压相关的声场调制关系式。理论和实验分析了双声源复声压对谐振管中的行波比率以及回热器中的声阻抗的调制,并给出通过复声压调制后的系统内声场分布图。对比结果表明该声场调制关系式的适用性,通过双声源复声压的调节,能调制出谐振管及回热器所期望的工作声场。     

Pekeris波导中简正波的复声强及其应用

在Pekeris波导模型下,关注了简正波的矢量场,讨论了简正波水平复声强和垂直复声强的表述,并分析了其特征.单阶简正波在水平方向是行波,相应的水平复声强仅为有功的;在垂直方向为驻波,相应的垂直复声强仅为无功的.而多阶简正波相互干涉,因此总声场的复声强既有有功分量,也有无功分量,其中只有有功分量参与声能的输运,但无功分量是反映声场信息的重要组成部分.通过对垂直(交互)复声强无功分量和水平交互复声强有功分量的数值分析,对于甚低频率的点源声场,发现当声源深度变化时,上述声场分量的正负号呈有规变化,当接收传感器置 关键词： 目标深度分类 复声强 矢量场 Pekeris波导     

复频聚焦超声换能器水中焦区商场特性的研究

本文对新研制的一种复频聚焦超声换能器的辐射声场进行了实验研究,测定了辐射压在轴向上的分布曲线,进而确定了焦区位置,这与理论所得结果符合较好,测定了辐射声压在焦平面上的分布曲线,并对焦区声场进行了定位,最后对换能器在水中焦区辐射声的频谱进行了研究,不仅观测到了两个源波,而且还观测到了和频波,差频波以及倍频波,证实了声散射声效应的存在。     

水下声道中的反转点会聚区(Ⅱ)广义射线理论

本文利用广义相积分近似给出一种声场的广义射线解,此解可用来计算焦散线以及反转点邻域的声场,而且具有物理图象清楚、计算方法比较简单的特点。文中较详细地分析了水下声道中反转点会聚区的焦散线结构以及声强分布规律,获得了形式比较简明、适用范围较宽的声强表式。计算表明,对于高频与窄带信号,在反转点会聚区接收的信号波形或者与发射信号相同、或是发射信号的Hilbert变换。     

纵振驱动球面弯曲振动超声聚焦系统的聚焦特性*

为了将超声聚焦效应应用于工业加工中的冷却技术中,该文提出一种由夹心式换能器纵向振动驱动球面弯曲振动超声聚焦系统。基于基尔霍夫-亥姆霍兹声场理论分析了由换能器中心面纵向振动和球面弯曲振动组成的复合超声振动条件下的声场聚焦特性,并通过实验进行验证。研究结果表明,该聚焦系统具有显著的聚焦特性,球面弯曲振动将声能汇聚在声场焦区;当声场相位相同时,换能器中心面纵向振动和球面弯曲振动产生的声场在焦区发生叠加,可以进一步提高焦区声压;减小换能器中心面半径和球面曲率半径、增加球面开口半径可以增强复合超声振动的聚焦效果。     

功率超声珩磨磨削区空化声场的建模与仿真研究

通过建立Φ47功率超声珩磨磨削区流体-结构耦合声场的理论模型,采用ANSYS有限元分析软件对磨削区的空化声场进行了仿真分析,得出磨削区二维、三维空化声场的分布情况和声压幅值,并利用超声波功率测量仪对磨削区的空化声场进行模拟实验测量。结果表明:在谐振频率18.6 kHz下,声场主要集中在油石的中部,二维和三维声场的声压最大值分别为1.39 MPa和1.47 MPa,与实验测得声压最大值1.3 MPa在同一个数量级,为进一步研究功率超声珩磨空化效应提供理论和实验的基础。      

三维浅海下弹性结构声辐射预报的有限元-抛物方程法

利用多物理场耦合有限元法对结构和流体适应性强、抛物方程声场计算高效准确的特点,提出了三维浅海波导下弹性结构声振特性研究的有限元-抛物方程法.该方法采用多物理场耦合有限元理论建立浅海下结构近场声辐射模型,计算局域波导下结构声振信息,并提取深度方向上复声压值作为抛物方程初始值;然后采用隐式差分法求解抛物方程以步进计算结构辐射声场.重点介绍了该方法对浅海下结构声辐射计算的准确性、高效性以及快速收敛性后,对Pekeris波导中有限长弹性圆柱壳的声振特性进行了分析.研究得出,当圆柱壳靠近海面(海底)时,其耦合频率比自由场下的要高(低),当潜深达到一定范围时,与自由场耦合频率基本趋于一致;在低频远场,结构辐射场与同强度点源声场具有一定的等效性,且等效距离随着频率增加而增加;由于辐射声场受结构振动模态、几何尺寸和简正波模式影响,结构辐射场传播的衰减规律按近场声影响区、球面波衰减区、介于球面波和柱面波衰减区、柱面波衰减区四个扩展区依次进行.     

浅海声场的角度分布

分层介质中简谐点源的声场具有确定的角度分布。应用射线理论虽然也可计算给定接收点声场的角度分布,但是它不能反映重要的信号参数——频率对声场角度分布的影响,此外射线理论还无法计算影区中的声场。本文应用简正波理论讨论分层介质中声场的角度分布,获得了声场角度分布的一般表达式,以及定向接收时的声场衰减规律。所得结果可以应用到射线声学影区,并且反映了声场随频率的变化。当研究水声信道和信号在其中的检测效果时,利用本文的结果可以选择最佳的接收方向。对于选取的介质模型进行了数值计算,分析和讨论了所得结果。     

复等效深度耦合简正波模型

为了考虑海底地形随距离变化的非水平分层介质中割线积分对声场的贡献,提出了复等效深度耦合简正波模型。该耦合简正波模型由介质运动方程和连续性方程推导得到了耦合微分方程组,此方程组满足海底地形随距离变化情况下的边界条件且仅包含一个耦合矩阵,并通过引入复等效深度理论处理连续谱和离散谱之间的相互耦合。仿真计算表明,复等效深度耦合简正波模型提高了波导简正波本征值位于割线枝点附近情况下声传播损失的计算精度,充分考虑了波导简正波、非波导简正波和割线积分对声场的贡献,可快速而准确地计算非水平分层介质中的声场。      

凹面相控阵聚焦声场在液固界面上的反射和折射

开展了凹面线性相控阵列辐射声场在液固界面上的反射和折射特性研究,利用射线近似方法,得到了凹面相控阵聚焦声场在液固界面上反射和折射后的声场渐近解析表达式,对声波在液固曲面上的反射和折射声场进行了分析和讨论. 利用这个解析表达式,对凹面线性聚焦声场在液固平界面和液固圆柱界面情况下固体中折射纵波和折射横波的相控阵声场进行了分析和讨论,发现凹面线阵声场在液固圆柱界面下比液固平界面具有更好的聚焦效果. 关键词： 凹面阵列 超声相控阵 反射与折射     

Schlieren成像和声场可视化

Schlieren技术是利用声场引起透明媒质光折射率的变化而实现声场可视化的光学成像技术。它具有对声场无干扰、快速、瞬态成像的特点。本文利用二维光学Fourier变换分析了Schlieren技术的成像原理,在采用连续激光和高速ICCD的Schlieren成像系统中,实验研究了平面波声场和线聚焦声场中换能器光学校准方法和声压的定量检测技术。发展声场瞬态和动态成像技术,观测了声波的聚焦过程和固-液界面的声场分布和变化。这些结果表明Schlieren技术是一种有效的声场可视化和定量检测的光学成像技术。     

一种任意入射角反射系数反演技术

利用声场空间变换技术反演声学材料或声反射面在任意入射角时的反射系数，需要测量靠近反射面上方两平行面上复声压。本文提出利用声强与声压幅值测量来获取复声压的相位，进而实现反射系数反演。研究表明用点声源时因有限测量尺寸而产生的误差大小可以通过采用偶极子源来减小。数值模拟结果与误差分析结果均表明了这种反演任意入射角反射系数技术的有效性。     

弱酸试纸法测量功率超声珩磨空化声场的研究*

为了简便、直观地测量功率超声珩磨磨削区的空化声场强度及分布情况,提出了利用弱酸PH试纸测量磨削区空化声场的方法。利用超声空化效应产生的弱酸空化泡在PH试纸表面溃灭后,形成深浅和分布不同的变色区域,间接地表征油石表面空化声场的强弱和分布规律。通过对比不同超声频率、测试距离和时间,得出了最佳测试距离和时间。结果表明,当超声频率为18.6 kHz,距离为10 mm时,测得油石表面的空化声场强度和分布最佳。该方法可形象地评价功率超声珩磨磨削区空化声场的强度和分布情况,具有一定的实际应用价值。     

界面条件下线型超声相控阵声场特性研究

开展了界面条件下线型超声相控阵声场特性的研究.将带有楔块的超声相控阵问题合理简化为液固界面的情况进行讨论.根据射线声学理论,计算了单阵元在液固界面存在时的辐射声场,进而推导了聚焦法则,得到了超声线型阵在液固界面存在时的声场、位移场表达式.对安装在楔块上的相控阵换能器的辐射声场进行了仿真,并讨论了聚焦对换能器轴向和横向声场的影响,结果表明利用聚焦能提高分辨率和灵敏度,但聚焦区域之外声束性能更差,在实际检测中要合理利用聚焦. 关键词： 超声相控阵 界面 声场 聚焦     

运动声源简正波模型稳相点的射线多普勒近似算法

从航空声源水下声场建模出发,提出了运动声源稳相点的近似算法。由于Hawker给出的运动声源声场简正波模型计算方法不适用于高速运动声源,针对速度相对较大的低空运动声源辐射噪声激发的水下声场建模,采用虚源概念,基于射线声学理论得到近似多普勒频率,结合简正波理论求解稳相点,较好地解决了高速运动声源声场的解算问题。几种波导环境下两种方法数值计算比较结果表明该算法的有效性。     

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...     

深海上层声速剖面水平非均匀分布对声场会聚区特性预报的影响

针对深海上层声速剖面水平方向弱变化对声场会聚区特征的影响,通过对0°出射声线传播轨迹的分析,提出了只考虑声源及会聚区位置附近声速剖面水平变化实现深海声场会聚区特征准确预报的方法,该方法有助于降低深海声传播调查时声速剖面水平非均匀分布的测量工作量。通过模拟小振幅内波引起深海上层声速剖面水平非均匀变化,对该方法进行了仿真验证。南海声传播试验数据分析表明,当不考虑上层声速剖面的水平非均匀分布时,模型预报的声场会聚区位置及会聚区能量分布与实测结果有一定差异,该差异具有距离累积效应,到第二会聚区时位置累计误差可达3 km,当考虑会聚区宽度内声速剖面水平变化时,模型预报的声场会聚区位置与实测结果非常吻合,第二会聚区位置预报误差小于1 km。     

逆波束形成的旁瓣抑制

为了降低普通逆波束形成旁瓣,提出了一种新的旁瓣抵消技术。该技术利用指向性函数中的旁瓣部分去估计声场的响应,然后从基阵估计的声场减去这部分指向性函数旁瓣估计的声场,从而得到最终的声场估计。由于较多的旁瓣响应被估计的声场扣除,最终估计的声场中的旁瓣大大降低。利用该技术可有效地抑制干扰,同时又可保持普通逆波束形成的方位高分辨力。湖试结果显示了该技术的有效性和可行性。