【摘 要】
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水下爆炸声源因具有宽频带、大功率、无指向性等优点,成为海洋声学实验和水声对抗中最常用的信号源。而对水下爆炸的声源特性研究一直是爆炸力学和水声领域的关注问题。现阶段学者们主要着眼于水下爆炸的爆炸过程、冲击波特性与毁伤效果研究和声压级测量与声信号分离及处理方面,但通过声学参数的测量来得到水下爆炸声源的能量评估一直缺少有效的手段。为此,本文以一种水下声源弹为研究对象,依据水下爆炸声源的力学特性与声学特性
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水下爆炸声源因具有宽频带、大功率、无指向性等优点,成为海洋声学实验和水声对抗中最常用的信号源。而对水下爆炸的声源特性研究一直是爆炸力学和水声领域的关注问题。现阶段学者们主要着眼于水下爆炸的爆炸过程、冲击波特性与毁伤效果研究和声压级测量与声信号分离及处理方面,但通过声学参数的测量来得到水下爆炸声源的能量评估一直缺少有效的手段。为此,本文以一种水下声源弹为研究对象,依据水下爆炸声源的力学特性与声学特性之间的转化关系通过数值模拟计算水下爆炸压力场并分析其力学特性,然后对其进行声学转换进而得到声源声学特性及声场特性,完成通过声学参数的测量来得到水下爆炸声源的能量评估的基础工作。本文主要研究内容包括以下几个方面:对水下爆炸声源特性的理论分析方法进行研究,为后续水下爆炸仿真提供理论依据。对水下爆炸物理特征、装药爆炸能量分布和耗散过程等水下爆炸瞬态现象进行了介绍和分析,并对水下爆炸力学特性参数和声学特性参数的计算方法进行了研究。提出了一种陆基静爆实验方法来测量爆炸冲击波超压,并将冲击波超压转化为爆炸声源级,解决了水下爆炸实验耗资巨大和较难测得声源级的问题。该方法中首先利用AUTODYN仿真软件模拟理想状态下的带壳大当量装药静爆过程,并得到几个标定点的超压值,然后利用COMSOL仿真软件将得到的冲击波超压转化为声源级,最后通过陆基静爆实验验证了仿真计算的有效性。对水介质中水下爆炸声的传播特性进行研究,研究中首先获得水下爆炸的形成、传播和衰减过程,并分析了边界条件对水下冲击波传播过程的影响,得到了不同距离处水下冲击波的压力时程曲线。然后将冲击波的压力信号作为输入参量进行水下爆炸的声场仿真计算,给出了水下爆炸的声场分布与爆炸声在水介质中的部分传播规律,并对声学特性参数的变化规律进行了分析和总结。
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