《縱肋或鋪板銜接有限長圓柱殼聲散射特性研究》是依託上海交通大學，由王斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：縱肋或鋪板銜接有限長圓柱殼聲散射特性研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王斌
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著水下航行器在深海資源開發中發揮作用的日益顯著，作為大多數水下航行器主體結構的環肋/艙壁、縱肋/鋪板銜接圓柱殼的水下聲學特性備受關注，掌握其聲散射特性是對其主動聲探測與識別的前提條件。由於縱肋/鋪板銜接有限長圓柱殼周向、軸向同時耦合，而環肋/艙壁銜接有限長圓柱殼僅軸向耦合，因此縱肋/鋪板引起的聲散射特徵及其形成機理的複雜程度更大、開展的研究較少。本項目以掌握縱肋或鋪板銜接有限長圓柱殼體聲散射精細特徵及其形成機理為目標，通過建立縱肋或鋪板銜接有限長圓柱殼體聲散射理論模型，歸納縱肋或鋪板銜接情況下殼體中彈性波激發、耦合和傳播規律，揭示縱肋或鋪板引起的聲散射精細特徵形成機理，掌握寬頻聲波激勵下殼體回波頻率譜隨聲波入射方位的變化規律，建立縱肋周期性、鋪板銜接位置等特徵提取方法，為水下航行器主動聲探測與識別提供理論依據。
結題摘要
加環肋和縱肋以及鋪板圓柱殼結構是大多數水下潛器主體結構的簡化模型，縱肋或鋪板對圓柱殼的振動與聲學特性具有不可忽視的作用，掌握其聲學特性可以為主動聲吶探測與識別水下潛器提供新的依據。採用理論預報和實驗驗證的思路，深入研究了周期性縱肋或多層鋪板對圓柱殼振動和聲學特徵的影響，主要包括如下幾個方面： 1. 採用二維彈性薄殼理論導出了加多層剛性鋪板圓柱殼散射聲場的解析解。基於背向散射聲場形態函式頻率-角度譜中的精細特性，著重分析了鋪板與圓柱殼銜接點對入射聲波的反射以及亞音速彎曲波的再輻射作用。研究表明亮區處鋪板與圓柱殼銜接點不但對入射聲波具有反射作用，還能夠激發並再輻射亞音速的彎曲波，銜接點處的反射波與再輻射的彎曲波都能與鏡反射回波發生干涉，在背向散射聲場形態函式頻率-角度譜中形成干涉條紋。此外，再輻射的亞音速彎曲波能量遠小於鋪板與圓柱殼銜接點處反射波的能量，若多個鋪板與圓柱殼銜接點同時處於亮區，銜接點反射波的特徵將掩蓋其再輻射彎曲波的特徵。 2. 建立了水中加縱肋圓柱殼在平面波激勵下的聲散射數學模型。將周向模態數與圓柱殼半徑之比看作離散周向波數，並基於離散周向波數頻率譜研究了平面波激勵時周期性縱肋對殼體振動的影響。研究表明，平面波無法直接激發亞音速的彎曲波，但在平面波的激勵下，殼體振動帶動了縱肋的振動，而縱肋對殼體的反力激發了殼體中亞音速的彎曲波。加周期縱肋圓柱殼的周向同樣存在多階次的Bloch彎曲波，不同階次的Bloch彎曲波也能在對應的分波形態函式中形成共振峰，疊加在背向散射聲場形態函式中形成複雜的共振峰。此外，滿足一定關係的不同階分波形態函式還具有相同的共振頻率，也就是說周期性縱肋的共振存在簡併現象。 3. 設計了加單層鋪板與加雙層鋪板圓柱殼聲散射的水池實驗，分別使用短脈衝入射和長脈衝入射波獲得了目標背向散射的瞬態信息和穩態信息，並畫出了瞬態的時間-角度譜和穩態的頻率-角度譜。由於短脈衝的入射波能量較小，時間-角度譜中只觀察到了明顯的鋪板與圓柱殼銜接點反射波的軌跡。長脈衝入射時，穩態的頻率-角度中則同時觀察到了較明顯的銜接點反射波和再輻射彎曲波的軌跡。鋪板與圓柱殼銜接點反射波的軌跡能準確預報。 重點分析了縱肋或鋪板對殼體中彈性波的激發、傳播以及輻射作用以及由於縱肋周期性而產生的Bloch彎曲波對聲場的貢獻，為實際工程提供了新思路和理論依據。
