● 摘要
本论文将航空声学领域的声散射数值技术应用到水声学领域，针对局域阻抗边界、流体边界以及弹性边界等不同的边界条件，分别采用边界元、边界元与边界元结合以及边界元与有限元结合的方法，用数值模拟研究了水下任意外型目标的声散射问题。具体包括如下的内容： 对于局域阻抗的边界条件，采用基于声类比的边界元方法，运用大规模并行计算技术、边界元积分技术，同时利用商用的建模和网格技术，数值研究了水下目标的声散射问题，开发了适用于一般外型大尺度目标声散射的预测并行模拟代码。该代码包括了远、近场的计算，且能够考虑运动的影响。随后使用球、椭球等简单形状目标，完成了相应的模型和数值方法的校核工作；使用BeTSSi-Sub通用模型，进行了相关的Benchmark工作。在此基础上，对某实际艇型潜艇的声散射远近场特性以及正横附近的目标强度进行数值模拟研究，并与实测结果进行了比较。该数值研究的结果充分展示了该模型和数值技术的实用性和可靠性。 对于流体目标平面波入射的情况，其内外声场均采用边界元描述，在流体边界上满足声压和声质点法向振动速度连续的边界条件，耦合求解散射声场。随后，应用这种物理模型和数值方法，对细长的流体圆柱体目标和旋转椭球体目标，数值模拟了声散射的情况，并和解析解（变形圆柱法）成功的进行了校核。该研究为一般边界的声耦合问题研究的开展打下了基础。 对水下弹性壳体平面波低频入射的情况，其内外声场均采用边界元描述（与流体圆柱法一致）、弹性壳体采用有限元描述，在弹性壳体边界上满足声压和声质点法向振动速度连续的边界条件，建立了耦合的物理模型。在这个物理模型的基础上，结合商用有限元技术，数值计算了简单的水下弹性壳体目标（弹性球壳）的响应声散射，并和解析级数结果（变形圆柱法）进行了比较。然而比较结果显示，仅在低频情况下校核取得了较好的一致，随着频率的增加，数值模拟的结果相对解析级数解出现了异常的跳动，这有待进一步的模型和数值研究。 最后，介绍了相关的水下弹性壳体目标回波的模型实验研究，包括弹性球壳以及弹性圆柱壳目标的声散射实验。弹性壳声散射的数值模拟及模型实验研究还是初步的。