新型水下干扰声源

　　0 引言

　　水声对抗需要低能耗、长时效且频率可控的声源，传统的基于换能器的水下声源在能源供给方式、转化效率等方面难以满足需求。水中脉冲放电形成的等离子体通道对水介质产生压缩性实现电能到机械能的高速转化，因而产生声波。等离子放电作为可以产生水下声波的一种方式，已经在各领域得到了应用[1]，在水下声源方面的应用主要是产生高能量的大功率声源用于主动探测、硬对抗损伤等。这些声源对放电频率要求较低，放电间隔较长，或者只进行几次放电即可。本文提出一种区别于目前大功率脉冲放电声源的等离子放电，其频率可控，从而能产生设计要求的窄带频率成分，且可以连续工作，可用于噪声伪装和干扰等，可用于大范围的主动水声干扰和假兵力模拟。

　　1 等离子放电机理

　　当液体负载中电极间隙的场强达到足够量级时，水介质便发生离解和碰撞电离，从高压电极向另一电极延伸出一些高电导率的须状“引线”(亦称“先导”)，即直径为0.1～2mm的电离发光通道。当引线之一到达另一电极时，便形成电涌式释能的放电通道，击穿过程结束，电弧或火花放电阶段开始，高能密度(10²～10³)cm^-3的通道充满高温(10⁴～10⁵K)等离子体。放电通道内的压力也急剧升高(10⁸～10¹⁰Pa)，并高速向外膨胀，形成超声速的激波向外传播，然后衰减成声脉冲。放电结束后，等离子体放电通道成为气泡，在其内依然很高的压力作用下，以稍小于弧道的膨胀速度向外扩张，对周围介质做功。

　　1) 放电导线的产生

　　在高电压作用下，水间隙的击穿过程就是先导产生和发展的过程，这个过程与气体击穿相似。为了产生先导，电极表面电场强度必须超过每厘米几十千伏的“阀”值。可以采用尖端—板或尖端—尖端电极，形成及不均匀的电场，以获得必须的最大场强。尖端极性不一样时，尖端和板间的先导发展形势也不一样。在正尖端情况下，由个别游离中心向尖端冲去的电子雪崩，为先导继续增长选择路径; 在负尖端情况下，电场把电子吹离尖端，尖端周围产生负电荷，降低负极区的场强，使先导的形成变得困难。而落在电极绝缘上的正表面电荷，能使尖端到绝缘表面的方向上产生大的电场梯度，并在这个方向上形成先导。先导之一接通电极间隙，便完成了形成放电通道的过程。

　　2) 热力击穿

　　在低电压情况下，电极尖端的场强达不到形成先导临界值。这时水的电导对放电的发生产生重要的影响。在这种情况下，加在电极上的电压使液体介质中有传导电流流过，这一电流虽然不大，但它能使电极附近的水受到加热，并发生汽化。结果在电极间隙中形成气体通道，沿着这个通道进一步形成放电通道，发展为间隙击穿，导致电容器储能向该放电通道释放。