水下氣泡致使水面船只沉沒的機理研究

本項目從實驗中觀察到的氣泡沉船的現(xiàn)象出發(fā)，基于氣泡動力學及流體力學，研究水下氣泡運動對艦船穩(wěn)定性的影響。擬采用無網(wǎng)格數(shù)值模擬方法和高速攝像等實驗手段來研究氣泡沉船現(xiàn)象涉及的物理本質及內在規(guī)律，揭示氣泡致使水面船只沉沒的機理，建立描述氣泡與海水之間能量與動量傳遞規(guī)律的物理數(shù)學模型。本項目將對保障海上船只航行安全和進一步開發(fā)打擊水面艦艇的氣泡武器具有重要的理論意義。

本項目提出利用手性材料結構覆蓋層新敷設于艦艇濕表面，以抑制艦艇機械噪聲向水中輻射。在明確艦船加筋板結構的聲輻射機理基礎上，重點研究手性材料結構的協(xié)調變形、周期禁帶、阻尼效應對水下聲輻射的隔離機理，同時研究阻抗失配、負泊松比效應在覆蓋層抗沖方面的應用，為艦艇抗沖擊和聲隱身提供新概念、新思想和新方法。 建立了加筋板結構的聲振耦合模型，分析了加筋板結構的聲輻射特性，明確了加筋板結構的聲輻射機理，由于加筋板某些模態(tài)存在不可抵消的體積速度，造成其聲輻射效率高。 建立了敷設和不敷設手性覆蓋層加筋板的聲振耦合輻射模型，分析了手性覆蓋層的協(xié)調變形聲輻射抑制機理。手性覆蓋層內部節(jié)點的旋轉變形使覆蓋層濕表面的法向振速分布具有低聲輻射效率而降低輻射噪聲?；谥芷诮Y構理論，研究了周期手性結構覆蓋層的禁帶特性在振動隔離和結構聲輻射抑制方面的應用。并通過添加局域共振子的周期手性結構覆蓋層來增強低頻及禁帶區(qū)域上的振動衰減、抑聲能力。研究了覆蓋層的粘彈性阻尼性能與構型之間的關系，結果表明菱形排列手性多孔覆蓋層在低頻區(qū)域上具有較好的聲輻射抑制作用。 綜合考慮聲振傳遞特性和耐壓性能，對手性覆蓋層的幾何參數(shù)、構型進行了優(yōu)化，提出了梯度手性結構覆蓋層以增強其在寬頻帶的振動聲輻射抑制能力。 制作了橡膠材料手性覆蓋層，進行了聲管中的隔聲實驗、空氣中的振動和聲輻射抑制實驗、水池中敷設于加筋板結構時的水下聲輻射抑制實驗。驗證了所提出的機理，證實了手性多孔覆蓋層的聲輻射抑制性能。

本項目提出的手性材料結構覆蓋層新概念是一種敷設于艦艇濕表面的新型覆蓋層，用于抑制艦艇機械噪聲向水中輻射。項目重點研究在流固耦合條件下手性材料結構的阻抗失配特性、負泊松比材料特性、波形轉化特性和周期結構禁帶特性的抑振隔聲機制，從介觀和宏觀上揭示其在機械激勵下板殼振動噪聲與手性結構覆蓋層的相互作用機制，手性結構覆蓋層的水下聲輻射特性和對殼體水下聲輻射的隔離機理；尋找水下高效隔聲耐壓的拓撲結構和定量計算方法，為艦艇抗沖擊和聲隱身提供新概念、新思想和新方法。