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原文传递水下航行器声目标特性研究

论文题名：	水下航行器声目标特性研究
关键词：	水下航行器;主动声呐;声目标特性;概率密度模型
摘要：	声目标强度作为水下航行器声学性能的重要指标，对水下目标探测有着十分重要工程的意义。主动声呐的探测频率逐渐转向中低频，水下航行器中低频声目标强度有着重要的研究价值。随着集群协同探测的迅速发展，多基地声目标特性研究问题逐渐成为工程界研究重点，同时降低水下航行器声目标强度也是目前亟需解决的问题。本文以水下航行器为研究对象，基于有限元和边界元理论，开展了水下航行器声目标特性研究，探讨入射角与接收角下声目标强度规律，同时从围壳复合材料、围壳几何参数以及声学覆盖层等三方面开展水下航行器声目标防护设计的研究。　　首先本文对声目标特性研究、多基地声目标强度的研究以及低声目标强度的国内外研究进展进行了详细总结。然后介绍了声目标强度计算的理论依据和常用数值计算方法，基于有限元法和边界元方法计算简单结构的声目标强度，并将两种仿真结果与解析解对比分析。结果表明，无论是简单刚性体目标，还是弹性体目标，两种有限元计算方法均可以准确预报水下结构声目标强度。　　其次基于有限元AML技术方法探究结构外形参数、内部结构形式对水下航行器声目标特性规律。建立水下航行器基准模型，开展水下航行器声目标特性研究，在基准模型基础上，分别考察结构外形参数及内部结构形式对水下航行器声目标特性规律。水下航行器结构外形参数包含首部离心率及中部离心率等两个参数。内部结构形式包括舱壁结构位置及数量、单双壳以及环肋数量等。结果表明，结构外形参数对水下航行器声目标强度影响较大，然而在低频范围内部结构形式对声目标强度影响不大，但在1KHz-2KHz的频段内有一定影响。　　然后探究入射角与接收角对多基地声目标特性的影响。建立基于角度的概率密度模型，提出一种多基地水下航行器整体声目标强度计算方法。具体工作为，介绍多基地声呐系的几何关系和声呐方程，讨论多基地收发分置的影响因素。以水下航行器为研究对象，讨论了不同入射度、分置角、接收角下收发分置的声目标强度，结果表明，当入射角和接收角之和等于180°时，声目标强度取得最大值。在此基础上，基于角度的概率密度模型提出一种水下航行器整体声目标强度计算方法，对比单双基地下航行器的整体声目标强度，发现双基地整体声目标强度明显大于单基地下整体声目标强度，将该方法推广到单发多收以及多发多收配置下声呐系统中。　　最后本文以SUBOFF缩比模型为研究对象，探究围壳及舵翼等附体对声目标强度的影响，得出围壳结构对水下航行器声目标强度影响较大。在此基础上，以围壳为研究对象，探究围壳复合材料、围壳几何参数以及声学覆盖层对声目标特性的影响规律，结果表明，改变围壳复合材料、围壳几何参数以及声学覆盖层厚度均可以有效降低声目标强度，尽量使围壳结构保持“矮瘦”，可为水下航行器的声目标强度防护提供依据，同时也为实际工程应用提供一定参考和借鉴意义。
作者：	周杰
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	庞福振
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2021