基于幾何光學的泡沫滴／水滴光散射計算模型

遲 衛(wèi)，王吉心，王 涌，蘭國輝，金良安

（海軍大連艦艇學院，遼寧 大連116018）

引言

艦船泡沫－水兩用幕技術(shù)［1］是一種可以同時施放泡沫幕或水幕的技術(shù)，其通過艦船水幕系統(tǒng)［2］專門的管路系統(tǒng)在艦船表面區(qū)域施放泡沫形成泡沫幕，也可以直接施放水幕，兼具泡沫幕的多波段干擾功能［3－4］和傳統(tǒng)水幕防光輻射等功能［2，5］。泡沫－水兩用幕中大量的球狀泡沫滴／水滴對光的散射與吸收是光衰減研究的基礎(chǔ)，因而對其深入研究對提高泡沫－水兩用幕的使用效果有巨大價值。在球狀泡沫滴／水滴的光散射研究中，Van de Hulst［6］使用Mie理論與幾何光學方法研究了球形粒子的光散射問題，但并未涉及具有雙層表面的球狀泡沫滴的光散射問題，且Mie理論求解散射場對邊界條件要求苛刻，難以求解大量泡沫滴／水滴間的復雜光散射問題；金良安［7］和趙軍［8］等人通過理論分析與實驗研究了球狀泡沫中的光傳播，分析了光線在泡沫中的傳播特征，發(fā)現(xiàn)泡沫結(jié)構(gòu)和泡沫材料是造成光線強烈衰減的重要原因，減小泡沫中氣泡尺寸以及增加光穿過泡沫液膜的層數(shù)可以有效提高干擾效果與透射光的衰減，但上述工作僅研究特定光線的傳播和特定方向上的光衰減，并不能定量反映不同參數(shù)下球狀泡沫滴／水滴的光散射特性。鑒于此，本文建立了基于幾何光學的泡沫滴／水滴光散射能量分布計算模型，對非吸收條件下不同液體折射率、氣泡相對尺寸的球狀泡沫滴／水滴在不同散射角度內(nèi)的散射強度進行數(shù)值計算，對艦船泡沫－水兩用幕光衰減特性的研究提供必要的理論基礎(chǔ)。……