水下航行体尾流效应非稳态内波产生机理及传播特性研究

源于水动力学内波尾迹的遥感探潜技术是非声探测领域的一个研究热点。水下航行体尾流效应内波是由水下航行体尾流湍流扰动流体并与分层流体相互作用而产生，与水下移动物体相对位置不稳定，具有随机性，因此也可以称这种内波为非稳态内波。这种内波涉及到尾流湍流问题、湍流场与约化重力场耦合作用问题，是很复杂的流体力学问题，水面尾迹表现形式也较为复杂，是当前内波水动力学的研究热点。本项目针对分层流中水下航行体尾流激发非稳态内波问题，建立尾流的数值模拟技术和精细测量技术，深入研究尾流特征及其在分层流中的演化规律，揭示尾流激发内波的机理，建立尾流内波的预报模型，给出尾流内波的水面表现特征，推动非稳态内波问题的研究进展，为提高我国潜艇内波尾迹遥感探测和隐身技术研究提供水动力学基础。

内波尾迹遥感探测技术是利用合成孔径雷达等遥感手段获取水下航行体扰动传至海面的内波尾迹图像，实现水下航行体探测的新型探测技术。水下航行体在海洋中航行时，除了本体排水效应会扰动分层海水激发内波外，它产生的尾流也会扰动分层海水激发内波。本项目就是针对尾流效应内波问题开展了研究，包括分层流体中水下航行体湍流尾流的演化特性研究、水下航行体尾流效应激发内波的机理及建模研究和水下航行体尾流非稳态内波的传播特性及自由面表现特征研究三个方面的研究。.针对层化海洋中水下航行体尾流激发内波问题，采用大涡模拟方法建立了分层流的数值模拟技术，采用PIV和电导率仪建立了分层流中尾流场的测量技术，研究了分层流体中尾流湍流的特征，分析了尾流场与约化重力场的耦合作用，获取了分层流中尾流的演化规律。采用移动脉动源模拟尾流效应内波激发源建立了尾流效应非稳态内波预报模型，对尾流效应内波的传播演化特性进行了预报。采用图像互相关技术对内波在自由面形成的微速流场进行了试验测量研究，获取了内波的水面表现特征。.该项目建立了分层流中尾流及内波水下流场的PIV测量方法，可定量获取尾流及内波的形态特征；建立了水面流场的光学图像测量方法，可测量mm/s量级的水面微速流场，获得了体积效应内波水面尾迹特征；建立的移动脉动源尾流效应内波模型能够预报内波存在两个散波张角以及不规则波峰线等试验观测到的现象，与试验结果吻合良好。.通过对水下航行体尾流演化过程及其激发内波机理的研究，提高了我国内波尾迹研究的水平。建立的尾流内波预报模型可用于水下航行体高速运动时非稳态内波的预报，可为尾迹遥感探测技术研究提供水动力学指导，大幅提高了我国尾迹探测和隐身技术的水平。