一种水下声源弹力学及声学特性研究

发布时间：2020-05-04 13:36

【摘要】：水下爆炸声源因具有宽频带、大功率、无指向性等优点,成为海洋声学实验和水声对抗中最常用的信号源。而对水下爆炸的声源特性研究一直是爆炸力学和水声领域的关注问题。现阶段学者们主要着眼于水下爆炸的爆炸过程、冲击波特性与毁伤效果研究和声压级测量与声信号分离及处理方面,但通过声学参数的测量来得到水下爆炸声源的能量评估一直缺少有效的手段。为此,本文以一种水下声源弹为研究对象,依据水下爆炸声源的力学特性与声学特性之间的转化关系通过数值模拟计算水下爆炸压力场并分析其力学特性,然后对其进行声学转换进而得到声源声学特性及声场特性,完成通过声学参数的测量来得到水下爆炸声源的能量评估的基础工作。本文主要研究内容包括以下几个方面:对水下爆炸声源特性的理论分析方法进行研究,为后续水下爆炸仿真提供理论依据。对水下爆炸物理特征、装药爆炸能量分布和耗散过程等水下爆炸瞬态现象进行了介绍和分析,并对水下爆炸力学特性参数和声学特性参数的计算方法进行了研究。提出了一种陆基静爆实验方法来测量爆炸冲击波超压,并将冲击波超压转化为爆炸声源级,解决了水下爆炸实验耗资巨大和较难测得声源级的问题。该方法中首先利用AUTODYN仿真软件模拟理想状态下的带壳大当量装药静爆过程,并得到几个标定点的超压值,然后利用COMSOL仿真软件将得到的冲击波超压转化为声源级,最后通过陆基静爆实验验证了仿真计算的有效性。对水介质中水下爆炸声的传播特性进行研究,研究中首先获得水下爆炸的形成、传播和衰减过程,并分析了边界条件对水下冲击波传播过程的影响,得到了不同距离处水下冲击波的压力时程曲线。然后将冲击波的压力信号作为输入参量进行水下爆炸的声场仿真计算,给出了水下爆炸的声场分布与爆炸声在水介质中的部分传播规律,并对声学特性参数的变化规律进行了分析和总结。
【图文】：

（g）t=0.00946s （h）t=0.010004s图 1-1 高速摄影下水下爆炸现象图1.2.1 国外研究现状1870 年，英国科研人员利用铜柱测压器进行了水中爆炸压力的实验测量，实验结果显示，水中爆炸压力与爆距成反比，为水下爆炸实验研究开创了先河[1]；1881 年，美国陆军上将 Abbot 通过实验研究，首次得出爆炸压力为2/3C 的公式，其中 C 为声速[1]；1896 年，，日本学者楠濑熊治通过水下爆炸测量实验，提出了通过爆距和药量计算爆炸压力的经验公式 ( / )mP k n ，其中 k 和 m 为常数，P 为爆炸压力，γ为爆距，ω 为药量[1]。1948 年美国科学家 R. H. Cole对二十世纪中前叶的水下爆炸的现象、物理及化学变化特性等研究成果进行了系统的总结，提出了水下爆炸载荷经验公式，写下了《水下爆炸》著作[2]。1967年，J. P. Slifko 在海上进行了大量的实验，将海水视为水下爆炸的深水介质自由场，对水下爆炸产生的应力场及载荷分布特性和压缩波在水下的传导特性进行了研究，总结了不同种类炸药水下爆炸压力与炸药特性和水深等参数的影响

1 头锥 2 连接体组件 3 头部惰性物 4 弹头 5 吊耳 6 吊耳座 7 弹身 8 主装药9 传爆药柱 10 尾部惰性物 11 传爆管 12 引信压螺 13 引信主体图 2-2 外形及组成示意图.4 技术方案要点综合考虑战斗部的爆炸威力、结构强度、装药安定性、质量及质心等因斗部的结构强度和装药安定性为设计基础，优化战斗部结构，战斗部部设计采用流线型圆弧外形，尾部圆弧外形与尾部直线外形结构相比底阻降低。在弹头部加装高强度头锥，弹身采用高强度合金钢，满足水过程中强度要求。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P733.2;TB56

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张晓琳;毛红杰;唐文彦;;干涉测量低频水下声源频率的改进算法[J];光学精密工程;2018年11期

2 ;研究人员提出一种利用声场大数据和深度学习的宽带水下声源定位[J];高科技与产业化;2019年09期

3 余文晶;何琳;程果;徐荣武;;力-声互易在水下声源强度测量中的应用[J];舰船科学技术;2015年08期

4 王梦圆;李整林;秦继兴;吴双林;;深海直达声区水下声源距离深度联合估计[J];信号处理;2019年09期

5 王梦圆;李整林;吴双林;秦继兴;余炎欣;;深海大深度声传播特性及直达声区水下声源距离估计[J];声学学报;2019年05期

6 王富海;李伟峰;;基于Gmap.NET的水下声源爆炸标记与记录系统设计与实现[J];软件工程;2017年06期

7 杨德森;谢长生;;水下噪声源的声成像研究[J];哈尔滨船舶工程学院学报;1992年03期

8 傅金祝;;作为水下声源的长寿命同轴火花发生器[J];水雷战与舰船防护;2007年04期

9 D.E.Tremain;D.J.Angelakos;李士才;;用微波在水表面的反射来检测水下声源[J];水声译丛;1975年01期

10 A.Broder;李士才;;自适应声纳波束形成[J];水声译丛;1977年02期

相关会议论文 前10条

1 陈韶华;相敬林;;基于过零检测技术的水下声源线谱测量[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年

2 田作喜;门丽洁;刘彦琼;陈军锋;;激光产生的水下声源特性[A];中国声学学会2005年青年学术会议[CYCA'05]论文集[C];2005年

3 卢苇;蓝宇;张振铎;;双活塞大功率电磁式超低频水下声源[A];中国声学学会水声学分会2019年学术会议论文集[C];2019年

4 王燕;方尔正;;激光探测水下声信号方法原理与对比研究[A];第十二届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2009年

5 陈文华;黄伟稀;郝夏影;何涛;安方;;水下航行器多物理场声振特性[A];中国声学学会水声学分会2019年学术会议论文集[C];2019年

6 杨德森;时洁;;单辅助源矢量阵相位误差校正方法[A];2009年度全国物理声学会议论文集[C];2009年

7 付留芳;赵国君;章新华;李鹏;;一种基于模态滤波的水下弱目标探测方法[A];中国声学学会2017年全国声学学术会议论文集[C];2017年

8 冷长丽;商德江;肖妍;;浅海信道中异型阵测量水下声源辐射声场[A];中国声学学会2017年全国声学学术会议论文集[C];2017年

9 严辉;黄逸凡;刘振;闫克平;;等离子体气泡动态过程及声纳原理[A];第十五届全国等离子体科学技术会议会议摘要集[C];2011年

10 孟春霞;张亮;牟昊;车树伟;;一种预报水下体积声源垂直指向性的方法[A];2014年中国声学学会全国声学学术会议论文集[C];2014年

相关博士学位论文 前4条

1 邓圆;超短脉冲强激光在介质中的传输及激光在水下声源中的应用[D];浙江大学;2013年

2 张晓琳;基于激光干涉的水表面声波探测技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 卢苇;大功率甚低频水下声源研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

4 孙超;有限空间水下结构近场声全息技术及应用研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 谢加武;基于深度学习的水下声源分离技术研究[D];电子科技大学;2019年

2 张小帅;一种水下声源弹力学及声学特性研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

3 毛红杰;基于PGC解调的水下声信号探测技术研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

4 赵显章;具有应答功能的水下声源系统设计[D];哈尔滨工程大学;2019年

5 吴秋韵;伯努利滤波水下声源匹配场跟踪方法研究[D];浙江大学;2018年

6 刘肖宇;基于CCD的光学水下声源探测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

7 赵龙;激光相干探测水下声信号的特征提取与分析[D];烟台大学;2017年

8 许佳婷;低频水下声源的激光探测研究[D];陕西师范大学;2012年

9 王旭;自动水下声源探测跟踪系统[D];兰州大学;2016年

10 王斌;水下声源被动定向技术研究[D];西北工业大学;2003年

本文编号：2648625