【摘要】：尾流自導魚雷具有很好的抗干擾能力和較高的導引精度,命中率高,毀傷效果好。但是目前對尾流自導魚雷缺乏有效的防御措施,發(fā)展尾流自導魚雷防御技術(shù)迫在眉睫。在現(xiàn)有的防御尾流自導魚雷的方法中,有一種消隱艦船尾流的方法,它以超聲場中氣泡的運動和融合作為基本理論基礎(chǔ),即利用超聲能量使艦船尾流中氣泡的大小、分布和密度發(fā)生改變,從而達到消除或者減少尾流自導魚雷對艦船尾流可探性測特征的目的。本文在此基礎(chǔ)上,采用試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,圍繞超聲作用下氣泡的運動,不同參數(shù)對氣泡之間的次Bjerknes力的影響,以及超聲場中氣泡的融合理論進行研究,具體內(nèi)容包括：1、當超聲頻率為22.4kHz,超聲聲壓為10kPa-.40kPa時,對氣泡在超聲場中的運動進行了試驗研究。結(jié)果表明當氣泡相距較遠時,氣泡之間的相對位置變化比較��；當氣泡相距較近時,氣泡之間的相對位置變化比較大。用兩個氣泡之間的相對加速度間接衡量氣泡之間的次Bjerknes力,得到氣泡之間的次Bjerknes力有一個作用距離閾值,即當氣泡之間的距離小于一定程度時,氣泡之間的次Bjerknes力才會發(fā)揮作用,而且當兩個氣泡的半徑都小于共振頻率半徑時,氣泡之間的作用距離閾值會隨著超聲聲壓的增大而增大。對兩個氣泡在不同頻率20kHz-100kHz作用下的運動做了試驗研究,結(jié)果表明：在不同的超聲頻率下,氣泡的運動明顯不同,頻率比較高時,氣泡之間的相對位置變化比較大,并且氣泡的運動與兩個氣泡的半徑和氣泡之間的相對距離密切相關(guān)。對在超聲聲壓為10kPa-120kPa,超聲頻率為20kHz-100kHz時,氣泡融合的試驗研究表明：在超聲聲壓為30kPa時,氣泡接觸以后的形狀和氣泡之間的薄膜間隙變化不明顯,而在超聲聲壓為120kPa時,氣泡的形狀變化特別明顯,尤其是可以明顯的觀察到氣泡之間薄膜間隙的變化。另外,在超聲頻率比較低時,氣泡接觸以后,氣泡之間相對位置幾乎不發(fā)生變化,但是在高頻率時,氣泡之間相對位置會圍繞兩個氣泡的中心而發(fā)生旋轉(zhuǎn)。2、采用耦合的氣泡振動和移動方程對超聲場中氣泡的運動進行了數(shù)值模擬,得到兩個氣泡在超聲場中的運動軌跡,并對氣泡運動過程中所受的力進行了分析。當氣泡之間的距離比較遠時,浮力和主Bjerknes力占主導作用；當氣泡之間的距離比較小時,次Bjerknes力將發(fā)揮比較大的作用。研究了超聲聲壓、超聲頻率、氣泡的初始半徑以及氣泡之間的距離對氣泡之間的次Bjerknes力的影響。當兩個氣泡的半徑都小于或者都大于共振頻率半徑時,氣泡之間的次Bjerknes力隨著聲壓的增大而增大；當兩個氣泡的半徑處于共振頻率半徑之間時,氣泡之間的力為排斥力,并且也隨著聲壓的增大而增大；當兩個氣泡的半徑在共振頻率半徑之間,并且更接近于共振頻率半徑時,氣泡之間的力在聲壓比較小時為吸引力,隨著聲壓的增大變?yōu)榕懦饬�。而超聲頻率、氣泡的初始半徑和氣泡之間的距離對兩個氣泡之間的次Bjerknes力的影響沒有明顯的趨勢,同時對上述因素對氣泡之間的次Bjerknes力進行理論分析,結(jié)果表明上述因素主要通過影響氣泡之間的振動相位和振動幅度而引起氣泡之間的作用力的變化。3、對不同超聲聲壓10kPa-100kPa和不同超聲頻率20kHz-100kHz作用下從試驗中得到的氣泡融合時間與在沒有超聲作用下理論計算時間進行對比分析,結(jié)果表明在不同超聲聲壓作用下,氣泡的融合時間都遠遠大于在沒有超聲作用時的理論計算時間,并且兩個氣泡的融合時間會隨著超聲聲壓的增大而增大。而在不同超聲頻率作用下,氣泡的融合時間都遠遠大于在沒有超聲作用時的理論計算時間,但是氣泡的融合時間與超聲頻率頻率之間沒有看出明顯的趨勢。與在沒有超聲作用下氣泡的融合相似,兩個氣泡的半徑會影響氣泡的融合時間,并且兩個氣泡的融合時間與兩個氣泡的等效半徑成正比。在理論分析的基礎(chǔ)上對在超聲作用下影響兩個氣泡的融合兩個最重要因素進行分析,結(jié)果表明,在不同聲壓和頻率作用下,兩個氣泡之間的次Bjerknes力和兩個氣泡的最大徑向速度都會影響氣泡的融合,并且兩個氣泡的融合時間會隨著兩個氣泡之間的次Bjerknes力和兩個氣泡的最大徑向速度增大而增大。超聲影響氣泡的融合主要原因為當兩個氣泡振動為同相時,氣泡之間的液體薄膜間隙會變薄,而當兩個氣泡振動為異相時,氣泡之間的液體薄膜間隙會變厚,這會破壞氣泡的正常排水過程,從而最終影響氣泡的融合。
[Abstract]:This paper studies the movement and fusion of bubbles in the wake of the ship by using ultrasonic energy . The results show that when the ultrasonic frequency is 22.4 kHz and the ultrasonic sound pressure is 10 kPa - . 40kPa , the motion of bubbles in the supersonic field is studied .
When the ultrasonic sound pressure is 10 kPa to 120 kPa and the ultrasonic frequency is 20 kHz to 100 kHz , the relative position between the bubble and the bubble increases with the increase of the ultrasonic sound pressure .
The effect of ultrasonic sound pressure , ultrasonic frequency , the initial radius of the bubble and the distance between the bubbles on the Bjerknes force between the bubbles is studied . The Bjerknes force between the bubbles increases with the increase of sound pressure when the radius of the two bubbles is smaller than or larger than the resonance frequency radius .
when the radius of the two bubbles is between the resonance frequency radii , the force between the bubbles is repulsive force and also increases with the increase of the sound pressure ;
The fusion time of bubbles is much larger than the theoretical calculation time under the action of ultrasound . The results show that the fusion time of bubbles is much larger than the theoretical calculation time in the absence of ultrasound .
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TJ630;U674.70

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2118689