[发明专利]一种分析声波在温度场和流场复合场中传播路径的方法

摘要

本发明提供了一种分析声波在温度场和流场复合场中传播路径的方法，先利用三角形前向展开法计算得到声波在温度场中的出射点，之后计算等腰三角形区域在流场作用下的偏移变形，根据温度场和流场的影响计算声波入射方向，根据声波在温度场中的出射点及等腰三角形区域在流场作用下的偏移变形计算得到声波出射点，根据声波入射点、声波入射方向及声波出射点得到声波传播路径。本发明在三角前向展开法的基础上做进一步研究，提出综合考虑温度场和流场对声波传播路径影响的新方法，具有算法简单，占用计算机资源少，可扩展至三维计算的新方法。

主权项

1.一种分析声波在温度场和流场复合场中传播路径的方法，其特征在于：先利用三角形前向展开法计算得到声波在温度场中的临时出射点，之后计算等腰三角形区域在流场作用下的偏移变形，根据温度场和流场的影响计算声波实际入射方向，根据声波在温度场中的临时出射点及等腰三角形区域在流场作用下的偏移变形计算得到声波实际出射点，根据声波入射点、声波实际入射方向及声波实际出射点得到声波传播路径，具体包括如下步骤：步骤(1)：以声波入射点为顶点做等腰三角形；其中，等腰三角形高的方向与声波入射方向一致；步骤(2)：计算得到声波在温度场中的传播路径的圆心坐标及半径；再确定声波临时出射点；临时出射点为声波在温度场中的传播路径与等腰三角形底边的交点；声波入射点与临时出射点之间的圆弧即为声波在温度场中的传播路径；步骤(3)：根据流场得到介质在等腰三角形三个点的速度矢量，进而得到偏移变形后的等腰三角形底边两个端点位置；具体如下：根据流场，得到介质在点A(x_A,y_A),B(x_B,y_B),C(x_C,y_C)速度矢量定义流场影响大小比例尺令可以确定点A'(x_A',y_A'),B'(x_B',y_B'),C'(x_C',y_C')，进而得到偏移变形后的三角形ΔA'B'C'，c_in为顶点A点的声速，h为等腰三角形ΔABC的高；步骤(4)：根据步骤(2)确定的临时出射点确定所述临时出射点分割所述等腰三角形底边的比例；从而根据步骤(3)得到的偏移变形后的等腰三角形底边两个端点位置确定声波实际出射点；具体为：确定声波实际出射点E'的位置，设E'(x_out',y_out')分割线段B'C'的比例与声波临时出射点E(x_out,y_out)分割线段BC的比例相等，即所以得到声波实际出射点E'坐标步骤(5)：根据温度场与流场计算得到声波实际入射方向；根据声波实际入射方向、声波入射点以及步骤(4)得到的声波实际出射点得到声波在温度场和流场复合场中的传播路径，具体为：确定声波实际出射点的方向矢量由于最初声波入射点是点A，所以修正后的声波传播路径是由于流场速度矢量场的影响，声波入射方向矢量变为其中，为声波实际入射方向矢量；为声波在温度场中的入射方向矢量；c_in为A的声速；为在流场作用下，介质在点A的速度矢量；根据点A(x_in,y_in)，点E'(x_out',y_out')和经过流场修正之后的实际入射方向矢量确定圆心O'(x_O',y_O')，O'是直线AO'与线段AE'的中垂线的交点，其中直线AO'实际出射方向矢量与向量正交，进而确定至此，由式(7)和式(10)确定声波实际出射点位置和实际出射方向，从而最终确定声波在温度场和流场复合场中的传播路径。