摘要：针对波束调控的问题,本文提出了一种控制波前相位的声学超表面。本文依据广义斯奈尔定律,利用不同声速的均匀介质构建了水中多频声学超表面模型,给出声学超表面产生异常声折射的基本原理,验证了声学超表面在多个频点下可以实现异常声折射现象,揭示了频率以及声波入射角对声学超表面异常折射现象的影响规律,制备了声学超表面实物在水箱中对理论结果进行验证。结果表明:在入射波频率为基频的整数倍时,超表面模型可以实现折射角相同的异常折射现象,并且入射角在一定范围内可以实现负折射现象。实验测量了水中钢板和超表面的折射情况,相较于均匀介质,在不同入射角度下设计的超表面均可以实现异常折射,并且测量值与理论值吻合较好。

摘要：井口吸力桩表层建井技术在天然气水合物开采、边际油田开发、军事航道区水下开发等领域具有良好应用前景,但在井口吸力桩安装过程中存在贯入不到位导致水下井口出泥过高引发钻井工况复杂载荷下水下井口失稳难题,有必要开展极限贯入深度研究。基于井口吸力桩贯入阶段力学模型,考虑沉贯阻力和极限吸力,建立了井口吸力桩极限贯入深度模型。结合南海西部X井位工程实例,开展了井口吸力桩表层建井设计,计算了直径为6 m的井口吸力桩贯入过程中的阻力,给出了井口吸力桩极限吸力设计参数。计算结果表明:在南海西部X井位安装井口吸力桩,其极限吸力的主要限制因素为临界吸力和水泵吸力;极限贯入深度主要受土质类型和强度、临界吸力的影响,强度高和渗透性好的土体会导致极限贯入深度减小;X井位井口吸力桩极限贯入深度为26.75 m。本文极限贯入深度的计算分析可为井口吸力桩的设计和现场施工提供技术参考。

摘要：为了支撑高速水下航行器减摩擦阻力(摩阻)方案的选型和优化,本文提出较好的减摩阻试验研究技术方案和特征参量表达方法以提高测量精度的技术途径,并以聚氧化乙烯(PEO)减摩阻实际试验演示上述方案和途径的可行性。相关结果可为高速水下航行器减摩阻方案的选型和优化提供支撑。

摘要：针对水下单层薄金属板多格角反射体存在频率特性强烈,难以形成较为稳定目标强度的问题,设计了一种新的空腔多格角反射体。采用结构有限元结合流体直接边界元法,对水下空腔多格角反射体声散射特性进行了仿真计算,在5.0~15.0 kHz入射频率范围内,研究分析了平板厚度、空腔厚度、入射角度等因素对其目标强度的影响机理。结果表明:与薄金属板多格角反射体相比,空腔多格角反射体频率特性较弱,去耦作用明显,散射能力强;空腔多格角反射体在一定角度范围内都能保持稳定的目标强度,具有更优的反射性能,是较为理想的水下声反射装置。

摘要：水下生产系统长期在水下工作运行,会出现落物抛锚、海底腐蚀等现象,导致系统发生失效,因此进行深海视频监控系统研究,以便对水下生产系统的运行状态进行实时监测。基于对深海视频监控系统的工作环境进行分析,结合技术指标对深海视频监控系统进行方案研究;根据水下光学特性建立水下照明光场分布函数,得到影响照明灯输出光通量的因素;考虑在水下可见光散射作用下摄像机成像所需要照明灯输出的光通量确定摄像机和照明灯的位置分布;通过计算图像对比度和信噪比得到深海视频监控系统的有效观察范围,最后通过试验证实摄像机与照明灯夹角为60°时得到最好的成像效果。研究结果可为固定式水下视频远距离全视景成像系统的设计提供参考。

摘要：为了使水下角反射器在较大空间范围内都具有一定的目标强度,应考虑采用多个角反射器组合成多格角反射体,以达到增大散射范围的目的。基于此,采用有限元结合边界元法(FEM-BEM),对水下单层薄金属板多格角反射体声散射特性进行了数值仿真计算,分析了声波入射频率为5.0kHz~15.0kHz范围内,平板材料、平板厚度、入射角度、角反射器组合类型等因素对目标强度的影响。结果表明,水下单层薄金属板多格角反射体具有较强的频率特性;平板材料、平板厚度以及角反射器组合类型的变化会对多格角反射体目标强度产生较为明显的影响。研究结果为水下多格角反射体的设计使用提供了仿真依据和数据支撑。

摘要：针对现有原位剪切装置不具备防水功能,试验时难以保证推力匀速进给和推力及对应位移数据的同步采集等问题,为了能在水下进行原位剪切试验来测定植物水下根系的固土能力,结合水下原位剪切的特点,设计一种水下根土复合体原位剪切装置。剪切装置由剪切系统、液压系统、数据采集系统和取样框等组成。该装置能在水下正常工作,试验时推力进给匀速,速度可调可控,能同步自动实时采集、读取、记录、存储数据,并绘制剪应力—位移关系曲线。野外试验表明水下素土的抗剪强度为4.23 kPa,是陆上的74.9%,风车草、花叶芦竹根土复合体的水下抗剪强度分别为17.52 kPa和14.38 kPa,是陆上相同RAR根土复合体的56.7%、44%。仿真分析及试验结果表明该剪切装置强度、刚度、精度、稳定性和可靠性均满足使用要求,且能较好的测定水下根系的固土能力。

摘要：根据马大猷院士的微穿孔板(MPP)理论,提出在可设计的夹芯复合隐身结构的空腔中附加微穿孔板层的水下微穿孔吸声体。基于微穿孔板的精确计算理论及水下声隐身结构的特点,考虑空腔深度、穿孔板厚度、穿孔直径及穿孔率等对微穿孔板吸声性能的影响,对水下微穿孔吸声体进行了结构设计。利用脉冲声管法对水下微穿孔吸声体试样的吸声系数进行了测量,结果表明:水下微穿孔吸声体有效地拓宽了低频吸声频带,其微穿孔板结构参数的影响规律也与理论分析一致;对于多种吸声机理并存的水下微穿孔吸声体的空腔个数、形状及谐振特性等也是影响吸声性能的重要因素,在实际的工程应用中必须结合所关心的频带对水下微穿孔吸声体进行匹配优化设计。

摘要：推导了水下宽带源方位估计的克拉美-罗界(CRB)解析式。它揭示了宽带CRB的特点和影响方位估计性能的因素:(1)单源的宽带CRB可分为两部分:与阵列相关的部分包括阵列结构、目标方位及基阵参考点等因素;与信号相关的部分包括信号频率二阶矩及信噪比等。(2)相互独立的两个目标源,每个源的CRB与单源时相应目标源得到的结果相等。(3)两个相关源之间的夹角大于一个波束宽度时,每个源的CRB与单源结果也很接近。(4)由于信源数估计错误,单源误以为是双源,将使CRB值趋于无穷大。仿真结果验证了理论分析的正确性。因此,宽带CRB除给出宽带方位估计算法的最佳估计性能外,还能从方位估计的角度,为宽带阵列及信号波形设计等提供有益的指导。

摘要：为测量流激水下翼型结构的流噪声,提出了一种混响箱测量方法。在重力式水洞中搭建了一套实验测量系统,利用混响箱法测量了水下翼型结构模型的辐射声功率。在此基础上研究了流速及结构参数(厚度、肋、声学覆盖层)对其辐射声功率的影响。结果表明:当流速小于5 m/s时,辐射声功率随流速的6次方增长,符合偶极子的辐射规律;当流速大于5 m/s时,辐射声功率随流速的10土1次方规律增长,不再按偶极子的规律辐射;若对水下翼型结构模型加厚、加环肋及外部敷设黏弹性材料,均可在一定程度上抑制流噪声。此研究方法可对水下复杂结构的辐射声功率测量及结构优化设计提供一定的参考。