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原文传递舰船尾流主动声特性研究

论文题名：	舰船尾流主动声特性研究
关键词：	舰船气泡尾流;主动声特性;有限元分析;水下目标探测
摘要：	舰船尾流的声学特性是水下目标探测、识别和跟踪的物理基础，是水下通信与信号处理领域的重要课题，开展尾流的声特性研究一直是国内外学者关注的热点。目前的研究表明，声波在水中衰减小，且在水声工程方面应用成熟，所以尾流的声学特性研究具有重要应用价值。国外学者通过分析舰船尾流的噪声线谱特性和利用高频声纳探测尾流中的气泡，以研究尾流的声学特性。国内关于舰船尾流的研究主要集中在探索尾流的产生机理和物理特性，以被动方式研究舰船尾流的声学特性。　　基于这一背景，本文从研究尾流的产生机理和声特性出发，认为尾流的声特性由尾流中气泡的声特性决定，以此确定尾流主动声特性的研究思路，对尾流展开建模和主动声特性的有限元分析，并通过设计实验对分析结果进行验证。文章的主要研究内容是从尾流的产生机理出发，以研究尾流中单个气泡的声特性为契入点，在得到单气泡主动声特性的基础上研究尾流中多气泡的主动声特性，以此来逼近尾流的整体主动声特性；通过有限元建模和分析对理论结果进行仿真，并通过模拟实验来验证理论分析和有限元仿真的结果，最后在此基础上设计基于尾流主动声特性的主动声探测系统。文章的创新点有以下几个方面：　　1.由尾流中单气泡的散射和反射特性等，结合电声类比原理和含气泡水中声速的特性，通过分析两种介质分界面处的反射、透射及主动声入射条件下对单气泡的求解，建立了尾流中单气泡的声特性模型。　　2.根据尾流中气泡的分布情况，建立了双气、三气泡和N个气泡的结构模型，分析了多气泡的主动声特性；基于尾流的三层相介质特性建立尾流模型，分析尾流的主动声特性。　　3.根据单气泡的声特性模型和有限元基本知识，得出有限元分析尾流中气泡及尾流主动声特性的优势，模拟主动声波入射条件，得到了尾流中单气泡的主动声特性。　　4.建立了多气泡和尾流的有限元结构模型，通过有限元分析得到了多气泡的主动声特性和尾流的主动声特性，得到了进行尾流主动声探测的方法和入射声波频率等参数。　　5.制作了模拟尾流装置，设计舰船尾流的主动声特性实验方案，在实验室条件下得到了尾流的主动声特性，验证了有限元分析的结果，以此为基础设计了尾流主动声探测系统。　　本文成果对研究舰船的声特性具有重要的参考价值，为基于舰船尾流的主动声探测技术提供理论依据和技术支持。
作者：	张群
专业：	水声工程
导师：	王英民
授予学位：	博士
授予学位单位：	西北工业大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文