水下气泡致使水面船只沉没的机理研究中文摘要

本项目从实验中观察到的气泡沉船的现象出发，基于气泡动力学及流体力学，研究水下气泡运动对舰船稳定性的影响。拟采用无网格数值模拟方法和高速摄像等实验手段来研究气泡沉船现象涉及的物理本质及内在规律，揭示气泡致使水面船只沉没的机理，建立描述气泡与海水之间能量与动量传递规律的物理数学模型。本项目将对保障海上船只航行安全和进一步开发打击水面舰艇的气泡武器具有重要的理论意义。

本项目提出利用手性材料结构覆盖层新敷设于舰艇湿表面，以抑制舰艇机械噪声向水中辐射。在明确舰船加筋板结构的声辐射机理基础上，重点研究手性材料结构的协调变形、周期禁带、阻尼效应对水下声辐射的隔离机理，同时研究阻抗失配、负泊松比效应在覆盖层抗冲方面的应用，为舰艇抗冲击和声隐身提供新概念、新思想和新方法。 建立了加筋板结构的声振耦合模型，分析了加筋板结构的声辐射特性，明确了加筋板结构的声辐射机理，由于加筋板某些模态存在不可抵消的体积速度，造成其声辐射效率高。 建立了敷设和不敷设手性覆盖层加筋板的声振耦合辐射模型，分析了手性覆盖层的协调变形声辐射抑制机理。手性覆盖层内部节点的旋转变形使覆盖层湿表面的法向振速分布具有低声辐射效率而降低辐射噪声。基于周期结构理论，研究了周期手性结构覆盖层的禁带特性在振动隔离和结构声辐射抑制方面的应用。并通过添加局域共振子的周期手性结构覆盖层来增强低频及禁带区域上的振动衰减、抑声能力。研究了覆盖层的粘弹性阻尼性能与构型之间的关系，结果表明菱形排列手性多孔覆盖层在低频区域上具有较好的声辐射抑制作用。 综合考虑声振传递特性和耐压性能，对手性覆盖层的几何参数、构型进行了优化，提出了梯度手性结构覆盖层以增强其在宽频带的振动声辐射抑制能力。 制作了橡胶材料手性覆盖层，进行了声管中的隔声实验、空气中的振动和声辐射抑制实验、水池中敷设于加筋板结构时的水下声辐射抑制实验。验证了所提出的机理，证实了手性多孔覆盖层的声辐射抑制性能。

本项目提出的手性材料结构覆盖层新概念是一种敷设于舰艇湿表面的新型覆盖层，用于抑制舰艇机械噪声向水中辐射。项目重点研究在流固耦合条件下手性材料结构的阻抗失配特性、负泊松比材料特性、波形转化特性和周期结构禁带特性的抑振隔声机制，从介观和宏观上揭示其在机械激励下板壳振动噪声与手性结构覆盖层的相互作用机制，手性结构覆盖层的水下声辐射特性和对壳体水下声辐射的隔离机理；寻找水下高效隔声耐压的拓扑结构和定量计算方法，为舰艇抗冲击和声隐身提供新概念、新思想和新方法。