微穿孔板和小孔喷注——马大猷教授对声学的特殊贡献

微穿孔板吸声体是马大猷教授提出的一项特殊的设计技术,自上世纪80年代以来被广泛地应用在音质处理和噪声控制中。微穿孔板吸声体是一种无纤维的宽带吸声材料,它不仅能够应用在传统的建筑声学和噪声控制等领域中,更有意义的是它适用于高温、高速气流、高洁净、需要透明采光等一些极端条件下。当微穿孔板后面有一定的空腔时,它可以在低频的几个频程内具有很高的吸声系数。
在喷注噪声控制理论方面,马教授根据小孔喷注噪声与其压力和直径的关系,根据人的听觉生理和心理特性,提出了在气流或者蒸汽出口的颈部处设计合适的小孔结构,可以大大减少气流噪声对人的干扰作用可听声频段内的声辐射,降噪量一般来说可以达到20~60 dBA的降噪量。这就是小孔喷注理论。
本文回顾了马大猷教授在他学术生涯第二个春天里结出的这两颗硕果——微穿孔板和小孔喷注,关于微穿孔板在声场和声源噪声控制中的声学特性理论,主要回顾和讨论了微穿孔板结构的研究进展及其在噪声控制中的实际应用,以及小孔喷注噪声的主要能量转移到超声波频段内的物理概念,这一概念对现代喷注噪声控制的发展依然具有重要意义。     

浅海中利用单水听器的声源被动测距

针对浅海声波导中远距离脉冲声源被动测距问题,提出了一种利用单水听器接收信号自相关函数进行warping变换的声源被动测距方法。理想水下声波导中,接收信号warping变换输出的傅里叶变换频谱中具有不变性频率特征,即与声源距离无关的各简正波截止频率;信号自相关函数中不同简正波相干成分也存在不变性频率特征;推导了未知声源距离时特征频率提取值与不变性频率特征之间的近似关系式。这些规律可推广到实际浅海声波导,并用于声源被动测距。利用声场计算模型来提供具有不变性频率特征的频谱,对2011年12月北黄海海域水声实验中单水听器接收的脉冲声数据进行了处理,验证了方法的有效性,测距结果和实际距离符合良好,平均测距误差在10%以内。     

小口径膛口射流噪声的数值模拟

为了研究小口径武器的膛口气动噪声特性,采用CFD-CAA耦合算法对7.62 mm枪的射流噪声场进行了数值模拟。由于膛口流场结构复杂,在目前的计算发展水平下还不足以采用CAA直接法,因而本文中采用混合方法,即首先采用CFD方法计算7.62 mm枪的膛口流场,然后利用所得结果,采用声学方程计算射流噪声,具体为膛口近场采用LES进行计算,远场声场采用FW-H声拟法计算。通过对比验证实验,验证了该计算方法的可行性。然后,对7.62 mm枪射流噪声进行了数值模拟,分析了噪声指向性,绘制了声压级云图。研究表明：在本文的计算条件下,射流噪声强度主要集中在近膛口区域;且射流最大噪声主要分布在与轴线方向成30°~60°范围内。

     

150 fs~10 ps脉宽下熔石英激光损伤的仿真与分析

基于约化电子数密度增长速率方程,建立了熔石英导带电子数密度随脉冲持续时间变化的模型。利用电子数临界密度这一概念,得到了150 fs~10 ps脉宽下,熔石英激光损伤阈值范围。分析表明,5~10 ps,雪崩电离仍然起主要作用,而光致电离提供的初始电子使雪崩电离不再依赖材料原有的初始电子;当脉宽减小到约为4 ps时,光致电离与雪崩电离作用相等;之后,光致电离起主要作用。通过仿真出的损伤阈值拟合,得到了该脉宽区间下新的脉宽定律：熔石英的损伤阈值正比于脉宽的0.38次方;考虑温度对熔石英损伤阈值的影响,熔石英的损伤阈值正比于脉宽的0.34次方。     

脉冲微波对雄性大鼠生殖系统及其子代的影响

采用2.71 GHz脉冲微波（脉冲场强为48 kV/m,脉宽为750 ns,脉冲个数分别为200个1次、200个10次、200个20次）辐照SD雄性大鼠和孕鼠,利用流式细胞术、计算机辅助精子分析系统及水迷宫实验分别检测了精子发生过程中生精细胞DNA损伤情况、附睾内精子活力参数变化及子代学习记忆功能。结果表明：2.71 GHz脉冲微波单次辐照会对雄性大鼠的生精过程产生一定的影响,但对附睾内精子质量无明显影响,而多次辐照对精子质量的影响具有累积效应;亲代大鼠在受照后,其子代的生长在短期会受阻,且学习、记忆能力也会受到一定的影响。     

XeCl准分子激光能量提取研究

在高功率准分子激光系统建设中,希望能获得较短的脉冲宽度和尽量多的激光能量。实验研究了不同注入水平下,脉冲时间间隔对脉冲链放大波形和放大器提取效率的影响;基于四能级速率方程和准分子反应动力学建立了准分子激光放大模型,计算了多种注入方式下种子光的放大过程,对关键参数给出了量化描述,得到与实验相符的计算结果。研究结果显示:脉冲序列间隔为9.3 ns时,可获得约95%的连续注入情形下放大能量;对该准分子激光系统来讲,9.3 ns是比较合适的脉冲间隔。     

13 μs,200 ns和2 ns脉冲电场对酵母菌杀灭效果分析

研究了脉冲宽度对高压脉冲下细胞膜和细胞器膜跨膜电压的影响及细胞膜能量的变化,以及13 s,200 ns和2 ns脉冲对酿酒酵母（CICC31180）杀灭作用时脉冲数的影响。结果表明,随着脉冲数增加,13 s,200 ns和2 ns脉冲对啤酒酵母的灭杀效果均增强。在13 s脉宽,14 kV电压和50个脉冲数下,酵母达到最小存活率-4.3个对数;在200 ns脉宽,40 kV电压和500个脉冲数下,酵母达到存活率-2.6个对数;在2 ns脉宽,200 kV电压和500个脉冲数下,酵母达到存活率-2.8个对数。三种脉冲对酵母菌杀灭的存活率对数与脉冲数的关系表现不是线性的,脉冲数增加到一定程度,存活率下降变缓。在同等灭杀效果-2.0个对数下,2 ns脉冲比13 s脉冲在同轴电极中损耗的能量更少。     

基于统计特性的激光雷达距离像噪声抑制算法

激光成像雷达在工作时会受到噪声干扰,因此需要滤除距离像中无法反映真实信息的异常点。根据激光成像雷达距离像噪声的分布,推导出距离像中非异常值的分布特性,并提出了一种距离像异常值的判定条件。将判定条件表示为小范围内抽样分布的函数,利用稳健统计中的中位值法可估算出判定条件的取值,从而可以移除异常点得到噪声抑制后的距离像。利用该算法分别对激光雷达距离像进行仿真和实际获得的激光雷达距离像进行处理并进行数学分析,并与中值滤波进行了比较,结果表明基于统计特性的噪声抑制算法同时具有很强的噪声抑制能力和保护目标细节信息能力,可以满足激光成像雷达距离像噪声抑制的要求。算法充分利用了激光成像雷达较高的测距精度,可以应对多种场景下的需求,具有很强的实用性。     

快速z箍缩装置的预脉冲分析

输出参数为500 kV/400 kA/100 ns的快速z箍缩(z-p inch)装置由M arx发生器、脉冲形成线、充气型V/N主开关、传输线及负载组成。z箍缩负载分别采用氖气喷气负载及金属单丝负载。为了判断主放电时负载的初始状态,该文建立了z箍缩装置的充电等效电路模型,并借助P sp ice电路模拟软件计算了形成线充电期间在负载上获得的预脉冲波形。通过分析可知:p d值为1~10 Pa.m左右的氖气负载,在装置预脉冲电压的作用下将被击穿;而直径为20μm、长度为1 cm的A l(铝)或W(钨)单丝负载,装置预脉冲电流将不能使之汽化。     

基于脉冲注入调制的LD光功率-电流-电压特性测试系统

为精确测试半导体激光器(LD)的光功率-电流-电压(LIV)特性,提出一种基于脉冲注入调制的方法,并据此研制新型的LD脉冲测试系统.系统通过给被测LD注入脉冲宽度、周期及幅度连续可调的脉冲电流,采集恒功或恒流工作LD的工作电流、两端电压、背光电流和输出光功率等信息,绘制LD的LIV特性曲线,并以此推断LD的性能.采取低占空比的脉冲注入,有效抑制了LD有源区温度升高,保证了测试的可靠性和准确性.实验结果表明,脉冲电流的稳定度达到10-4,系统满足设计要求,其性能优于连续测试系统.