吸声材料对水下小平台上矢量传感器声学特性的影响研究.pdf

物 理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．3(2014) 034303 吸声材料对水下小平台上矢量传感器声学特性的 影响研究冰 梁国龙 庞福滨 张光普十 (哈尔滨工程大学水声技术重点实验室，哈尔滨 150001) (2013年7月10日收到；2013年8月24日收到修改稿) 本文围绕粘贴黏弹性吸声材料方法对水下小平台上安装矢量传感器的指向性和测 向的影响展开理论分 析和实验研究．首先建立了吸声材料和平台结构组成的复合层结构的数学模型，对声波经过复合层结构的声 学特性进行了分析，在此基础上利用有限元耦合边界元法对粘贴吸声材料前后的水下小平台上的矢量传感器 的声学特性进行研究．通过理论计算和数值分析研究了吸声材料对矢量传感器的各通道的指向性的影响，并 计算了覆盖吸声材料前后矢量传感器的测向精度．水池实验验证了分析结果的正确性． 关键词：吸声材料，小平台，矢量传感器，声学特性 PACS：43．30．+m，43．20．Fh，43．35．Mr，43．58．_1e DOI：10．7498／aps．63．034303 波波长以尽量保留全息数据，这必然导致对高频声 1 引 言 波的重建精度受到影响．因此，近场声全息技术更 多地停留在实验研究阶段，在实际工程中应用的 随着海洋资源开发及军事应用的迫切需求，装 很少 [121． 载矢量传感器的水下小平台以其可机动、灵活地获 近年来，吸声材料的研究和使用受到越来越多 取更多的声场信息 1【]．将成为水下探测的主要工 的关注 [13--16】．Jiang等 【7]基于局域共振吸声基元 具．然而，平台的声散射会导致矢量传感器的声 网络化的宽频水下吸声材料构想，利用多孔材料骨 学特性发生改变，从而制约其在工程上的实现与 架并结合共振吸声原理，构筑了具有宽频多模态振 应用． 动模式的吸声材料，实现了宽频强吸声特性．于利 水下平台的声散射一直是水声学研究的热点 刚等 [1819】对负电容电路分流的0—3型压电复合材 问题．对于给定平台条件和声源特性来求解散射场 的正问题，其研究方法和理论均 已相当成熟 [2-8】． 料覆盖层的水下吸声性能进行了研究，从声阻抗匹 但对于如何从声场中将入射场与散射场分离，以及 配的角度分析了负电容分流电路提升吸声性能的 采取有效措施 以减小平台声散射的影响，现有的研 机理．在水下 目标表面覆盖吸声材料，可以有效地 究仍有不足．近场声全息技术 (NAH)虽然可以实 减小声波的反射，实现水下 目标的声隐身 ．借鉴 现空间声场的全息重建 [9--11】，但受测量孔径尺寸 这种思想，本文将吸声材料应用到装载矢量传感器 的限制，该技术存在固有的窗效应和卷绕误差，在 的水下小平台，以期借助吸声材料和水下小平台的 被测源面尺寸较大时会带来严重的重建误差；另 复合层结构的声吸收作用来降低声波的散射，使安 外，NAH要求全息接收面与物体的距离远低于声 装在平台上的矢量传感器具有 良好的声学特性． {国家自然科学基金 (批准号6120