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水下运动物体的尾流内波及声场特性研究
| 论文题名： | 水下运动物体的尾流内波及声场特性研究 |
| 关键词： | 水下航行器;水下运动物体;尾流内波;声场特性;低频信号 |
| 摘要： | 受光照、洋流、潮汐和涡旋等影响，密度跃层和温度跃层在海洋中的分布十分广泛。海洋中丰富多样的密度跃层为内波的产生提供了不可或缺的条件。当水下航行器在密度分层的海水中运动时，会在其尾部后方区域产生连续不断的内波。随着内波场的扰动和演化，会改变水下航行器后方区域的流场运动状态，对局部的密度跃层和温度跃层重塑，进而影响声波在海水中的传播。 首先，论文针对有限元方法在密度分层流体计算和矢量声场传播特性计算中的可行性和可靠性问题进行了研究，分别对连续密度分层流动和弹性海底的浅海Pekeris波导模型声场传播进行数值模拟，仿真计算结果与已有实验结果进行对比分析显示，有限元方法在高弗劳德数的流体计算和浅海低频信号声场传播计算中效果很好，验证结果为接下来的混合分层形式下密度分层流动计算和水平弹性海底的声信号传播研究提供理论基础和参考。 其次，论文参考了海洋气象水文中心的中国海密跃层资料，以南海海域的浅跃层作为研究背景，构建接近于实际海洋环境的混合分层形式下密度分层流动模型，以细长回转体形状的水下航行器实尺度模型作为研究对象，研究其在不同的航行速度、不同的密度梯度和相对于密度跃层不同位置的情况下，水下航行器尾部后方区域的周围流体密度分层状态、以及尾流内波场扰动下的远场的温度垂向分布特点。 最后，论文以水下航行器远场的温度垂向分布为基础，构建浅海范围内的水平弹性海底的声信号传播模型，根据海水中声速经验公式将温度的垂向分布特征转化为声速梯度的变化，通过改变声源的发射频率和深度位置来研究水下航行器尾流内波场对声信号传播的影响，包括声压传播损失、海底的传播损失曲线、声能流强度、声能流偏转角度和海底的声强级曲线和声信号到达接收器的时间。 研究结果显示，水下航行器航行速度的大小对尾流内波场的扰动影响极大，远场的温度垂向分布重塑程度会随着航速的增大而增强，密度梯度的影响相较于航行速度稍弱，航行深度的影响并不明显。航行速度的增大会引起特定距离上传播损失的差异，声源频率的增大会引起声能流强度和偏转角的变化，不同的声源频率对不同航行速度下的尾流内波场及其对应的声矢量场的感知能力存在差异。 |
| 作者： | 胥炳臣 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 宋扬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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