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针对水声对抗、水下扫雷以及水声探测等对水下新型声源的需求,试图研究一种烟火药水下燃烧式声源。本文从烟火药水下燃烧的声辐射机理、烟火药水下燃烧特性、烟火药水下燃烧形成的气泡特性、烟火药水下燃烧高温残渣与水作用的单气泡特性和烟火药水下燃烧声效应的有效作用时间等方面开展了理论与试验研究,以期为烟火药水下燃烧式声源的研制奠定技术基础。
依据水声学的基本原理,分析研究了烟火药水下燃烧的声辐射机理,并对相应的分析结果进行了实验验证。研究结果表明烟火药水下燃烧的声辐射,是以气泡体积变化引起的声辐射为主,其他形式的声辐射为辅。
实验研究了烟火药水下燃烧的特性,结合高速摄影仪和水声测试实验,研究了不同燃速条件下气泡的演变规律与声辐射特性;同时还开展了高热剂含量对烟火药水下燃烧声辐射特性的影响研究;采用实验和理论计算相结合的方法,对低燃速情况下燃烧装置喷口处所形成的气泡的演变与声辐射特性进行了研究,并将结果与文献计算结果进行了比较。
针对燃烧装置喷口处所形成的单气泡是众多气泡形成的基础,建立了烟火药水下燃烧装置喷口处所形成的单气泡的动力学模型,通过实验对模型进行了验证。最后着重讨论了燃烧深度、装药密度、初始自由容积、产物的比热比、药柱截面积以及燃烧装置喷口截面积对所形成的气泡动力学和声辐射特性的影响。
基于高温液滴与水作用的相关研究结果,建立了烟火药水下燃烧所产生的高温残渣粒子与水作用的气泡动力学模型,在此基础上,讨论了残渣粒子的初始温度、半径以及燃烧深度对所形成的气泡特性的影响。
提出了烟火药水下燃烧声效应的有效作用时间的概念,并采用处理软件结合相关的实验结果,初步评估了烟火药水下燃烧的有效作用时间。