张 群, 王英民



尾流中双气泡声学特性的有限元分析

张 群, 王英民

(西北工业大学 航海学院, 陕西 西安, 710072)

舰船尾流的声学特性是尾流的主要特性之一, 而气泡是形成尾流声学特性的主要原因。通过对尾流单个气泡的主动声学特性分析, 建立了气泡的弹性球壳主动声反射/散射特性模型。结合对不同半径气泡声学特性及气泡在尾流中分布的分析, 建立了双气泡的结构模型。通过有限元分析模型在周期载荷作用下位移随频率的变化, 得到气泡的谐振频率, 计算双气泡在主动入射声源作用下的场点分布, 得到双气泡的主动声反射/散射特性。

舰船尾流; 双气泡; 声学特性; 有限元分析

0 引言

舰船在航行过程中会在其尾部留下一部分有特殊性质的海水, 即为舰船的尾流[1]。舰船尾流与周围海水相比具有很多独特的物理特性, 根据尾流所具有的不同的物理特性可以对尾流进行分类。声波相较于电磁波、光波等在水下具有传播速度快、传播距离远和衰减小的特点, 使得声波在水声工程领域得到了广泛的应用。舰船尾流与周围的水域相比具有独特的声学特性, 通过相关声学设备探测和检测尾流, 可以得到目标舰船的相关特性。分布在尾流中的气泡半径的大小、气泡间距等对尾流的声学特性起决定性作用。当入射声波的频率等于气泡的谐振频率时, 气泡对声波的衰减最大, 此时气泡的目标特性最强[2]。

通过分析气泡在主动入射声波作用下的反射/散射特性, 可以建立尾流中单个气泡的薄球壳结构模型[3], 根据气泡的谐振频率与气泡半径的大小、气泡所处水下的深度有关, 可以得到气泡的相关材料属性。……