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潜艇作为最具威胁的水下隐蔽作战平台,隐身性一直是其最重要的性能之一。随着潜艇的噪声级不断降低,声目标强度成为了衡量潜艇隐身性能最重要的指标。目前,研究水下结构声目标强度的方法从大类上分可以分为频域和时域两种。本文首先基于有限元法和板块元法对水下目标声散射频域特性开展了仿真分析,之后基于有限元法对其时域特性开展了仿真分析,最后基于这些计算方法开展了几种声散射典型工程问题的计算分析。具体工作如下:
用商业有限元软件COMSOL的二维轴对称和二维两种空间维度分别建模计算了水下弹性球壳和无限长圆柱的声目标强度,并与理论结果进行对比,验证了有限元方法和这两种简化处理方法的有效性。然后使用板块元方法计算了刚性球和Benchmark潜艇的声目标强度,分别与理论解和BASIS方法进行对比,验证了板块元方法计算刚性物体目标强度的有效性。然后对于刚性围壳、充水钢制围壳和真空钢制围壳,分别使用有限元法和板块元法计算了它们正横方向入射情况下的目标强度,比较两种方法的计算结果后对板块元方法在计算弹性物体目标强度时的适用性进行了评估。
用COMSOL软件的压力声学,瞬态模块计算了截断正弦波入射情况下铝球壳的回波时域波形,与文献中结果进行比较,验证了时域有限元方法的准确性。对于铝球的近场回声强度,分别采用平面高斯波和点声源作为入射波计算得到了铝球的时域回波,把入射波和回波进行FFT后得到频域声压,将入射波和回波的频域声压带入公式计算得到的回声强度与频域有限元法计算得到的回声强度对比,得到相关结论。对于铝球的远场声目标强度,使用平面高斯波作为入射波,运用软件自带研究直接得到远场频域散射声压,与已有的入射波频域声压一起带入公式后计算后得到远场声目标强度,与理论解进行对比,得到对比结论。
使用COMSOL软件计算了水下带轴向板无限长圆柱壳在入射角角度变化时,声目标强度随轴向板位置变化的曲线,分析后得到一定规律。对板块元方法的公式进行研究,总结出了潜艇子结构声目标强度和全艇声目标强度的关系,为研究某个或者某些潜艇子结构对整艇声目标强度的影响提供了方法选择。使用时域有限元方法计算了水下带自由液面和障碍物情况下测点记录的声波,为实验中选择水听器位置、目标位置、声源位置提供了参考。
用商业有限元软件COMSOL的二维轴对称和二维两种空间维度分别建模计算了水下弹性球壳和无限长圆柱的声目标强度,并与理论结果进行对比,验证了有限元方法和这两种简化处理方法的有效性。然后使用板块元方法计算了刚性球和Benchmark潜艇的声目标强度,分别与理论解和BASIS方法进行对比,验证了板块元方法计算刚性物体目标强度的有效性。然后对于刚性围壳、充水钢制围壳和真空钢制围壳,分别使用有限元法和板块元法计算了它们正横方向入射情况下的目标强度,比较两种方法的计算结果后对板块元方法在计算弹性物体目标强度时的适用性进行了评估。
用COMSOL软件的压力声学,瞬态模块计算了截断正弦波入射情况下铝球壳的回波时域波形,与文献中结果进行比较,验证了时域有限元方法的准确性。对于铝球的近场回声强度,分别采用平面高斯波和点声源作为入射波计算得到了铝球的时域回波,把入射波和回波进行FFT后得到频域声压,将入射波和回波的频域声压带入公式计算得到的回声强度与频域有限元法计算得到的回声强度对比,得到相关结论。对于铝球的远场声目标强度,使用平面高斯波作为入射波,运用软件自带研究直接得到远场频域散射声压,与已有的入射波频域声压一起带入公式后计算后得到远场声目标强度,与理论解进行对比,得到对比结论。
使用COMSOL软件计算了水下带轴向板无限长圆柱壳在入射角角度变化时,声目标强度随轴向板位置变化的曲线,分析后得到一定规律。对板块元方法的公式进行研究,总结出了潜艇子结构声目标强度和全艇声目标强度的关系,为研究某个或者某些潜艇子结构对整艇声目标强度的影响提供了方法选择。使用时域有限元方法计算了水下带自由液面和障碍物情况下测点记录的声波,为实验中选择水听器位置、目标位置、声源位置提供了参考。