基于幾何光學的泡沫滴／水滴光散射計算模型

遲 衛，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［1］是一種可以同時施放泡沫幕或水幕的技術，其通過艦船水幕系統［2］專門的管路系統在艦船表面區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，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，發現泡沫結構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的散射強度進行數值計算，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。……