水下椭圆柱壳声辐射与声散射试验方案设计开题报告

全文总字数：6985字

1. 研究目的与意义（文献综述）

水下声辐射与声散射的研究一直以来是水声学的热点，水下目标对声波的散射特性及目标声辐射特性是影响水下航行体隐身的两个重要方面。例如潜艇和海上漂浮的船只，因为大多数这些海上交通工具可以近似为圆柱壳，所以已经对该壳的振动声特性进行了广泛的研究。

随着现在科技的发展，水下声对抗技术也不断发展，各种减震降噪技术使得被动声呐已经无法快速准确搜寻水下的目标特征，主动声呐成为水下目标探测的主要手段，而主动声呐接收系统接收的目标强度不仅仅是水下目标的散射回波，还包括目标的辐射声波，确切的说是声辐射和声散射耦合形成的声信号。因此，水下椭圆柱壳声辐射与声散射的研究就十分有意义了。

国外众多学者就对圆柱壳体声辐射与声散射进行了详细的研究实验。b.h.houston^[1]对内壁加周期性小环肋的中空圆柱壳进行了测量，重点研究了肋骨对散射声场的影响，michelle tran-van-nhieu^[2-3]建立了单层加周期性和非周期性肋的有限长圆柱壳声散射理论，guo^[4-5]研究了水下无限长圆柱壳在受表面力激励时圆柱壳声辐射特性的影响,提出一种求解无限域流场中圆柱壳体的离散方程的渐进方法。j.p.sessarego和h.uberall^[6]等人进行过内部充流体的圆柱壳体的散射实验，实验表明，从时域上能清晰地分析出弹性壳体本身激发的波与内部流体附加波，并给出了流体附加波在壳体内部传播的几种路径。^[7]用高频近似值分析模拟了封闭和开放半浸没圆柱壳的声辐射，发现自由表面对远场声压有非常重要的影响。li等人^[8]基于的模型提出了一种对角耦合算法，以提高从半浸没的圆柱壳发出的声辐射的计算效率。li等人^[9]使用波数域方法研究了充液半浸入式圆柱壳的声辐射，发现声压受马赫数，阻尼和厚度的影响。laulagnet和guyader^[10]使用能量法处理肋骨，研究了流场中有限长环肋圆柱壳的声辐射。研究发展过程中发现在研究部分浸没或被充满的圆柱体时更加困难，因为声压不能再在圆柱体的坐标系中分离。对此使用有限元法/边界元法（fem / bem）可以通过半空间格林函数^[11-13]来解决这类问题。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究主要内容

本文通过查找和翻阅相应的专业文献，对水下柱壳结构振动声辐射和声散射试验测试方法进行调研分析，详细了解其试验原理和方法，对比开阔水域、普通水池、消声水池测试的差异性及适用范围；通过ansys软件建立椭圆柱壳模型，结合椭圆柱壳声振特性，设计试验结构模型的参数，设计壳体模型、悬吊装置、换能器旋转装置、端盖板、配重选择等，试验在消声水池中进行，选择合适的试验测试设备，搭建试验测试平台方案。通过激振器激励壳体模型振动，适用水听器测量壳体辐射声压，分析实验结果完成对水下圆柱壳的声辐射试验。通过换能器发射声波激励，使用线性调频信号（lfm）对散射声场作频域测量和分析，通过连续旋转模型同时连续采集数据的方式进行测量，分析实验结果完成水下圆柱壳的声散射试验。

2.2研究目标

3. 研究计划与安排

（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解试验所需技术方案及措施。完成英文翻译、文献综述及开题报告； （第1周—第3周）

（2）查找并阅读文献，总结归纳国内外水下柱壳结构振动声辐射和声散射领域的研究，分析其试验测试方法，对比开阔水域、普通水池、消声水池测试的差异性及适用范围。 （第4周—第6周)

（3）使用ansys软件对水下椭圆柱壳体建模，结合椭圆柱壳声振特性，设计试验结构模型的参数，设计壳体模型、悬吊装置、换能器旋转装置、端盖板、配重选择等，试验在消声水池中进行，选择合适的试验测试设备，搭建试验测试平台方案。通过激振器激励壳体模型振动，适用水听器测量壳体辐射声压，分析实验结果完成对水下圆柱壳的声辐射试验； （第7周—第8周） （4）通过换能器发射声波激励，使用线性调频信号（lfm）对散射声场作频域测量和分析，通过连续旋转模型同时连续采集数据的方式进行测量，分析实验结果完成水下圆柱壳的声散射试验； （第9周—第10周）

4. 参考文献（12篇以上）

[1]houston b h, bucaro j a,photiadis d m .broadband acoustic scattering from a ribbed shell. j.acoust. soc.am,1995;98(5):2851-2853.

[2]tran-van-nhieu.m. scattering from a ribbed finite cylindrical shell[j], j. acoust. soc. am, 2001; 110 2852-2866

[3]tran-van-nhieu. m. scattering from a bibbed finite cylindrical shell with internal axisymmetric oscillators j.acoust. soc. am,2002; 112(2):402-410.