敷设吸声层的水下复杂目标回波特性研究

摘要

随着科学技术的发展，对水下复杂目标的声隐身特性要求也越来越高。目前新型的潜艇表面在重点部位一般都覆盖有吸声材料。吸声材料不仅能够降低潜艇目标强度，还具有隔振和隔声的作用，对于提高潜艇隐身性具有不可忽视的作用。本文主要研究敷设吸声覆盖层双层复杂目标的全向散射特性和缩比模型的声学相似性。 首先，建立水下复杂目标的数值模型，利用传递函数得到模型敷设吸声材料前后的反射系数及透射系数，然后根据非刚性表面目标特性计算的板块元方法计算敷设吸声材料复杂目标的目标强度。根据声场能量的叠加原理，多层壳体的回波结构可以认为是各层回波的组合，各层必须考虑反射和透射损失，建立了双层复杂目标的回波特性预报方法。并对Benchmark潜艇和××潜艇模型敷设吸声覆盖层后的全向散射声场进行了计算。通过理论计算得到：低频时敷设吸声材料对降低复杂目标的目标强度效果不明显；而随着频率的升高，吸声材料的作用也越来越显著。通过对目标的全向散射特性的计算，可以分析和发现更多有效的信息，为以后的研究提供支持。 其次，从缩比模型的试验角度出发对水下目标缩比模型的声学相似性进行了研究，尤其是“厚度畸变”情况下的声散射相似性，采用材料补偿方法来弥补“厚度畸变”引起的目标回波弹性项的变化。根据最优控制理论得到畸变模型的最佳壳厚比，铝球壳或铝圆柱壳的壳厚比约是钢壳壳厚比的2.7-3倍时，两者的形态函数最为吻合，声学特性也最相近，并且频率越低其相似性越好，另外还从实验方面进行了验证，与理论推导的结果吻合较好。 通过本文的工作，建立了敷设吸声覆盖层的双层壳体结构全向散射特性的预报方法，对目标的全向散射特性有了较全面的了解，可应用于工程实际的潜艇等水下复杂目标回声特性的预报。同时，还进行了缩比模型的声学相似性研究，为缩比模型试验提供理论依据，将实验结果推广到原型散射声场，准确预报实际目标的散射声场提供依据。