负跃层浅海中圆环形换能器瞬态辐射声矢量场

论文摘要

本文对浅海信道作了合理简化,对负跃层浅海中溢流式圆环换能器的瞬态辐射声矢量场展开研究。之所以针对该问题进行研究,主要基于以下几个原因:a.浅海区域在夏秋季节由于太阳辐射及风动搅拌的影响,常出现负跃层声速梯度特性,对不同类型声源在负跃层浅海中所激发声场的传播特性展开理论研究,对水声通信及水声探测等研究有重要的指导作用;b.利用了液腔谐振的圆环形换能器具有宽带、大功率、耐深水等优异性能,在水声工程中得到广泛使用,如应用于航空声呐及水声通信组网上,因此分析圆环形换能器瞬态辐射声场非常必要;c.声矢量场比声标量场含有更丰富的信息,相对于标量场,矢量场可以提供声压梯度、质点振速、质点加速度等矢量信息,因此声矢量场在声探测、地声反演等领域有着巨大的应用潜力。本文首先从自由位移波动方程出发,导出分层液层中导波传播色散方程,并对其进行数值求解,得到了负跃层浅海中声传播的圆频率-波数（ω-ξ）、相速度、群速度色散曲线,分析负跃层上下层厚度变化对液层色散特性的影响,研究发现,与均匀液层中导波相比,当模式阶数大于1时,负跃层中导波群速度色散曲线出现波动频段;进一步,基于矢量位移波动方程,导出了负跃层浅海中圆环换能器所激发声场的瞬态径向位移、轴向位移、声压的解析解表达式,对圆环形换能器在均匀液层和3组不同厚度组合负跃层中瞬态辐射声矢量场进行了数值模拟,并分析了负跃层的存在以及跃层上下层液层厚度变化对瞬态位移与瞬态声压的影响。本文理论及数值研究成果对于在负跃层浅海中运用圆环换能器开展的水声通信及水声探测等水声工程实验研究具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 发展历史
•     1.2.1 声场计算模型发展与应用简介
•     1.2.2 声矢量场研究简介
•     1.2.3 圆柱形和圆环形声源辐射声场研究简介
•   1.3 论文内容安排
• 第二章 多层液层中声传播色散理论及数值求解
•   2.1 色散理论推导
•   2.2 色散方程数值求解算法描述
•   2.3 程序验证
•   2.4 分层液层中导波色散分析
•     2.4.1 问题描述
•     2.4.2 ω-ξ、群速度及相速度色散曲线分析
• 第三章 负跃层浅海中圆环型换能器瞬态声矢量场
•   3.1 多层液体中瞬态声传播一般理论推导
•   3.2 负跃层浅海中圆环形换能器瞬态声传播理论推导
•   3.3 瞬态声传播计算程序实施步骤及验证
•   3.4 负跃层浅海中圆柱形换能器瞬态声矢量场计算与分析
• 第四章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙珊珊

导师: 汤立国

关键词: 负跃层,圆环换能器,声矢量场,色散,瞬态声传播解析解

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 厦门大学

分类号: P733.2

总页数: 80

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