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尾流的光学特性研究与测量

张建生  
【摘要】: 关于尾流的直接文献基于军事秘密而极少见到。国外从二战以来就对尾流 的特性着手进行研究,但研究内容主要是尾流的声学特性、尾流的几何特性、 尾流中气泡形成和溶解及其在尾流声学特性中所起的作用等。 本文对舰船尾流具有的多种特性进行了概括和总结,同时,为了便于将尾 流的光学特性从横向与声学特性进行比较,对尾流气泡幕的声学理论进行了详 细的描述。在此基础上,对光在水中的特性、水对光的散射中气泡的影响等内 容较为细致的阐述。目的是希望为该研究方向的可能读者提供一个较为完整的 参考资料,也便于将光通过纯净水、海水、尾流气泡幕的特性做出对比,并在 比较中促进该研究方向的成长和发展。 为了系统地完成研究内容,利用高速摄影技术对实验室模拟的尾流气泡幕 进行了研究,初步掌握气泡的运动和动力学规律,并对水中气泡的分布得出了 粗略的认识。 关于尾流光学特性的研究,分为两个阶段进行了实验研究。第一阶段是在 实验室对气泡模拟器产生的气泡幕进行定量研究,实验使用自行设计、组装的 实验系统;第二阶段是对真实尾流的光学特性进行研究,并自行设计了适合于 水下测试的实验系统。 在第一阶段实验的基础上,建立了激光通过气泡幕散射的物理模型,并利 用模型进行了相应的计算。经与实验结果比较,证实所建立的理论模型可定量 描述实验结果,同时还说明了理论结果与实验结果存在一定的差异,并对差异 的原由提出了初步看法。 本文的特点以及创新点主要表现在以下四个方面: (1)“尾流光学特性的研究与测量”属国内首次研究课题。 (2)在课题进行过程中,对大量有关文献做了整理和总结,首次将舰船尾 流的多种特性进行了阐述,并对尾流气泡幕的声学特性、气泡的运动及动力学 规律给出了较为系统的说明。 (3)在实验室研究的基础上,提出了尾流气泡幕光散射特性的物理模型, 摘 要 经与实验结果对比分析,证实该理论模型在对尾流气泡幕光学特性的研究中是 合理、适用的。 (4)自行设计了用于实验室和真实尾流光学特性研究的实验系统,实际便 用的结果表明,所设计的实验系统是可靠的,并能够满足实验要求。


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