【摘要】：水下爆炸聲源因具有寬頻帶、大功率、無(wú)指向性等優(yōu)點(diǎn),成為海洋聲學(xué)實(shí)驗(yàn)和水聲對(duì)抗中最常用的信號(hào)源。而對(duì)水下爆炸的聲源特性研究一直是爆炸力學(xué)和水聲領(lǐng)域的關(guān)注問(wèn)題。現(xiàn)階段學(xué)者們主要著眼于水下爆炸的爆炸過(guò)程、沖擊波特性與毀傷效果研究和聲壓級(jí)測(cè)量與聲信號(hào)分離及處理方面,但通過(guò)聲學(xué)參數(shù)的測(cè)量來(lái)得到水下爆炸聲源的能量評(píng)估一直缺少有效的手段。為此,本文以一種水下聲源彈為研究對(duì)象,依據(jù)水下爆炸聲源的力學(xué)特性與聲學(xué)特性之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算水下爆炸壓力場(chǎng)并分析其力學(xué)特性,然后對(duì)其進(jìn)行聲學(xué)轉(zhuǎn)換進(jìn)而得到聲源聲學(xué)特性及聲場(chǎng)特性,完成通過(guò)聲學(xué)參數(shù)的測(cè)量來(lái)得到水下爆炸聲源的能量評(píng)估的基礎(chǔ)工作。本文主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:對(duì)水下爆炸聲源特性的理論分析方法進(jìn)行研究,為后續(xù)水下爆炸仿真提供理論依據(jù)。對(duì)水下爆炸物理特征、裝藥爆炸能量分布和耗散過(guò)程等水下爆炸瞬態(tài)現(xiàn)象進(jìn)行了介紹和分析,并對(duì)水下爆炸力學(xué)特性參數(shù)和聲學(xué)特性參數(shù)的計(jì)算方法進(jìn)行了研究。提出了一種陸基靜爆實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)量爆炸沖擊波超壓,并將沖擊波超壓轉(zhuǎn)化為爆炸聲源級(jí),解決了水下爆炸實(shí)驗(yàn)耗資巨大和較難測(cè)得聲源級(jí)的問(wèn)題。該方法中首先利用AUTODYN仿真軟件模擬理想狀態(tài)下的帶殼大當(dāng)量裝藥?kù)o爆過(guò)程,并得到幾個(gè)標(biāo)定點(diǎn)的超壓值,然后利用COMSOL仿真軟件將得到的沖擊波超壓轉(zhuǎn)化為聲源級(jí),最后通過(guò)陸基靜爆實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了仿真計(jì)算的有效性。對(duì)水介質(zhì)中水下爆炸聲的傳播特性進(jìn)行研究,研究中首先獲得水下爆炸的形成、傳播和衰減過(guò)程,并分析了邊界條件對(duì)水下沖擊波傳播過(guò)程的影響,得到了不同距離處水下沖擊波的壓力時(shí)程曲線。然后將沖擊波的壓力信號(hào)作為輸入?yún)⒘窟M(jìn)行水下爆炸的聲場(chǎng)仿真計(jì)算,給出了水下爆炸的聲場(chǎng)分布與爆炸聲在水介質(zhì)中的部分傳播規(guī)律,并對(duì)聲學(xué)特性參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了分析和總結(jié)。
【圖文】：

（g）t=0.00946s （h）t=0.010004s圖 1-1 高速攝影下水下爆炸現(xiàn)象圖1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀1870 年，英國(guó)科研人員利用銅柱測(cè)壓器進(jìn)行了水中爆炸壓力的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，水中爆炸壓力與爆距成反比，為水下爆炸實(shí)驗(yàn)研究開(kāi)創(chuàng)了先河[1]；1881 年，美國(guó)陸軍上將 Abbot 通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，首次得出爆炸壓力為2/3C 的公式，其中 C 為聲速[1]；1896 年，，日本學(xué)者楠瀨熊治通過(guò)水下爆炸測(cè)量實(shí)驗(yàn)，提出了通過(guò)爆距和藥量計(jì)算爆炸壓力的經(jīng)驗(yàn)公式 ( / )mP k n ，其中 k 和 m 為常數(shù)，P 為爆炸壓力，γ為爆距，ω 為藥量[1]。1948 年美國(guó)科學(xué)家 R. H. Cole對(duì)二十世紀(jì)中前葉的水下爆炸的現(xiàn)象、物理及化學(xué)變化特性等研究成果進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，提出了水下爆炸載荷經(jīng)驗(yàn)公式，寫(xiě)下了《水下爆炸》著作[2]。1967年，J. P. Slifko 在海上進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，將海水視為水下爆炸的深水介質(zhì)自由場(chǎng)，對(duì)水下爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)及載荷分布特性和壓縮波在水下的傳導(dǎo)特性進(jìn)行了研究，總結(jié)了不同種類炸藥水下爆炸壓力與炸藥特性和水深等參數(shù)的影響

1 頭錐 2 連接體組件 3 頭部惰性物 4 彈頭 5 吊耳 6 吊耳座 7 彈身 8 主裝藥9 傳爆藥柱 10 尾部惰性物 11 傳爆管 12 引信壓螺 13 引信主體圖 2-2 外形及組成示意圖.4 技術(shù)方案要點(diǎn)綜合考慮戰(zhàn)斗部的爆炸威力、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、裝藥安定性、質(zhì)量及質(zhì)心等因斗部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和裝藥安定性為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，優(yōu)化戰(zhàn)斗部結(jié)構(gòu)，戰(zhàn)斗部部設(shè)計(jì)采用流線型圓弧外形，尾部圓弧外形與尾部直線外形結(jié)構(gòu)相比底阻降低。在彈頭部加裝高強(qiáng)度頭錐，彈身采用高強(qiáng)度合金鋼，滿足水過(guò)程中強(qiáng)度要求。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P733.2;TB56

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本文編號(hào)：2648625