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水下气泡幕的声透射特性研究

孙佳伟  
【摘要】:海洋中的生物活动、风力作用以及机械活动都会产生大量的气泡。水中透明的气泡具有易于形变、分裂、融合等特点,含气泡水体的声学特性也与纯水有着明显的差别。由于气泡群是水中的强散射体,它对透过的声波有很强的衰减和散射作用。水中气泡在共振时,对接近气泡共振频率上的声波衰减作用更加明显。伴随着水下对抗技术的不断发展,人们利用水中气泡的声学特性研发了舰艇气幕降噪,舰艇尾流抑制和气幕干扰弹等新技术,并在海军装备领域得到了应用。因此,对水中气泡的声学特性开展研究具有极其重要的科学意义和应用前景。本文主要研究水下气泡幕的声透射特性。根据水下气泡幕声散射效应的气泡间相互作用模型和气泡小振幅振动模型,推导了气泡幕的结构参数与声压透射系数之间的关系式。利用水下微孔陶瓷管放气法产生气泡幕,在不同放气流量下用光学方法测量气泡浓度和气泡粒度,用函数拟合方法得到气泡幕的粒度分布函数。用插入损失衡量声波透过气泡幕后声压幅值的变化;实验过程中改变发射频率、发射功率和放气流量,测量不同实验参数条件下声插入损失的变化。将实验气泡幕的结构参数代入到推导的气泡幕声透射系数计算公式,结果表明理论计算的声压透射系数基本符合实验测量的声插入损失,但误差偏大。在此基础上,针对实验气泡幕气泡粒度分布中的双峰结构特点,考虑气泡共振对声吸收的作用,将双峰对应的气泡共振代入到经典理论模型中,提出了一种改进的理论计算气泡幕声压透射系数方法。实验证明改进的计算方法比原方法更有效。该方法对多峰值气泡粒度分布的气泡幕声透射计算也有借鉴意义。


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