水下连续爆炸声干扰器相关技术研究
发布时间：2020-05-28 17:08
【摘要】：随着鱼雷技术的不断发展,鱼雷对水面舰船的威胁变大,反鱼雷技术的研究变得十分迫切。水下连续爆炸声干扰器是一种有效软杀伤武器,其在水下爆炸时产生声持续时间较长、功率高和频带宽的水声信号,能够有效干扰声自导鱼雷;在远距离上,其可作为一个强信号的假目标,在近距离上,可造成声呐基阵饱和阻塞,从而为水面舰船的规避声自导鱼雷争取时间。本课题以反鱼雷武器的水声对抗技术为应用背景,以水下连续爆炸声干扰器为研究对象,进行了声干扰器子母弹抛撒过程结构冲击响应分析和子弹入水冲击响应研究,研究了应力波中冲击波、气泡脉动的影响因素,进行了水下爆炸试验,对单个水下爆炸、水下连续爆炸声信号进行了处理及分析,分析了单个水下爆炸、水下连续爆炸声信号的声学特性,利用理论建模及数值方法进行了水下连续爆炸对抗声自导鱼雷仿真研究。本文的主要研究内容包括:(1)在声干扰器子母弹抛撒过程结构冲击响应分析中:设计了子母弹活塞式单、双燃烧室抛撒机构,采用Runge-Kutta法对舱内动态抛撒压力进行计算,并运用有限元软件LS-DYNA对抛撒过程的推板、中心杆及挡板的冲击强度进行了仿真计算,分析了两种工况压力下不同抛撒部件的强度失效模式;在声干扰器子弹入水冲击响应研究中,利用ALE方法,基于LS-DYNA软件对六棱柱平头子弹的入水冲击进行了仿真计算,并分析了子弹入水现象、冲击过载分布、速度衰减以及壳体冲击响应等规律。(2)在小药量装药应力波研究中:分析应力波的基本现象、冲击波的扩展规律。结合冲击波经验公式,对无壳球形装药的应力波过程进行数值仿真,通过分析冲击波峰值压力在近场的变化,获得了冲击波在近场的超球面扩展规律。通过设置水的状态方程,仿真计算了带壳球形装药的应力波过程,分析冲击波峰值压力随壳体厚度的变化规律;分别讨论不同爆炸深度与壳体厚度对气泡脉动规律的影响。(3)水下连续爆炸试验研究中:采用水下爆炸试验获得的实验数据,分别对单个水下爆炸声信号及水下连续爆炸声信号的声学特性进行了研究,研究了水下爆炸声信号的冲击波衰减、声压级、声持续时间、功率谱及相对能量分布等特性。水下连续爆炸产生的声信号具有很强的声功率,其凸点声压级可达到190dB以上;声能量主要集中分布在频率24kHz以下,在10kHz以下的声能量特别强;声持续有效时间是连续爆炸单元的爆炸时间间隔之和。水下连续爆炸作为功率高、频带宽、声持续时间较长的水声声源,可在水声对抗干扰方面具有重要作用。(4)在水下连续爆炸的声信号分析处理中:研究使用了小波变换原理、Hilbert-Huang变换方法与基于EEMD的改进HHT等信号处理方法。应用小波变换,结合谱估计、能量分布与时频谱分析对单个水下爆炸、水下连续爆炸声信号进行了分析。利用小波变换、HHT与基于EEMD的改进HHT对单个水下爆炸声信号、水下连续爆炸声信号进行了信号分解、重构及时频谱分析。采用HHT对水下爆炸声信号进行分析时,首先采用EMD对其分解,然后求得IMF分量,再将其进行Hilbert变换,得到Hilbert能量谱,结果显示:水下连续爆炸声信号的能量主要分布在48kHz以内。对比分析,小波变换,HHT方法和基于EEMD的改进HHT对水下连续爆炸声信号的分析结论是基本一致的。(5)水下连续爆炸声干扰器对抗研究中:利用理论建模及数值模拟水下爆炸对抗声自导鱼雷;其中水下连续爆炸的声学效能分析中,由声呐方程入手,建立了主动声呐模型及被动声呐模型,并以探测距离平均缩减量和平均缩减率为评价标准来评估水声对抗效果;在水声对抗策略研究中,建立了相应的数学模型,求解了非线性规划问题,确定水下连续爆炸声干扰器的最佳规避角和最佳落点。
【图文】：
承若％逡逑图１．１声干扰器工作过程示意图逡逑图１．１为水下连续爆炸声干扰器工作过程示意图。水面舰船根据探测到的鱼雷声逡逑响信息，在进行规避鱼雷的同时，也投射声干扰器（即；子母弹）到指定的水面区域。逡逑声干扰器在下落的过程中，，进行子母弹的抛撒，子弹下落到规划的落点后按顺序起爆。逡逑４逡逑
进行二维或Ｈ维水下爆炸数值模拟。逡逑２０世纪９０年代，日本学者伊东等人将高速纹影和阴影照相技术用于水下爆炸的逡逑研究中，如图１．２所示。采用水下摄影观测技术和数值模拟研究了冲击波特性利逡逑用特征线法较好地解释了冲击波的衰减过程，提出了采用光学观测修正爆轰产物状态逡逑方程系数来适应水下爆炸做功特征，这一方法为炸药状态方程的确定提供了新思路。逡逑ｉｉｌｉ逡逑图１．２冲击波波阵面数值模拟与＾速摄影对比逡逑１．３N２气泡脉动持性逡逑气泡脉动在水下爆炸中有着重要的作用，但应力波中气泡脉动１７￣叫＇司题的研究却逡逑十分困难，这是因为气泡脉动是涉及气体、流体、固体及其相互y系奈侍猓壳把绣义锨芍饕邮笛檠芯俊⒗砺鄯治觥⑹的Ｄ獾确矫娼铩ｅ义希ǎ保
本文编号：2685556
【图文】：
承若％逡逑图１．１声干扰器工作过程示意图逡逑图１．１为水下连续爆炸声干扰器工作过程示意图。水面舰船根据探测到的鱼雷声逡逑响信息，在进行规避鱼雷的同时，也投射声干扰器（即；子母弹）到指定的水面区域。逡逑声干扰器在下落的过程中，，进行子母弹的抛撒，子弹下落到规划的落点后按顺序起爆。逡逑４逡逑
进行二维或Ｈ维水下爆炸数值模拟。逡逑２０世纪９０年代，日本学者伊东等人将高速纹影和阴影照相技术用于水下爆炸的逡逑研究中，如图１．２所示。采用水下摄影观测技术和数值模拟研究了冲击波特性利逡逑用特征线法较好地解释了冲击波的衰减过程，提出了采用光学观测修正爆轰产物状态逡逑方程系数来适应水下爆炸做功特征，这一方法为炸药状态方程的确定提供了新思路。逡逑ｉｉｌｉ逡逑图１．２冲击波波阵面数值模拟与＾速摄影对比逡逑１．３N２气泡脉动持性逡逑气泡脉动在水下爆炸中有着重要的作用，但应力波中气泡脉动１７￣叫＇司题的研究却逡逑十分困难，这是因为气泡脉动是涉及气体、流体、固体及其相互y系奈侍猓壳把绣义锨芍饕邮笛檠芯俊⒗砺鄯治觥⑹的Ｄ獾确矫娼铩ｅ义希ǎ保
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