水下结构物产生的尾流可演化出具有特殊流动结构的尾涡,当声波通过涡流场时,会发生流声耦合作用,产生涡流场声散射现象。尾涡声散射场空间指向性蕴含了尾涡多项固有特征信息,可分析其声散射场的特性,间接识别结构物的存在。研究水下涡流场声散射问题一方面有助于探索流场耦合机理,另一方面可为水下目标探测技术提供参考。针对水下涡流场的声散射问题,编制了涡流场声散射计算程序。基于摄动分离理论实现了以涡流场为背景流场的流声耦合声学计算模型,包括时域和频域摄动声学模型,基于交错网格离散摄动声学模型控制方程并采用有限差分法进行求解,结合完全匹配层作为吸声边界,建立涡流场声散射时域和频域数值计算方法。将涡流场速度及梯度等信息映射到声场网格中作为背景流场,进行水下涡流场声散射场的计算;待计算完成后,提取声场中散射声压信息,对散射声压及散射声场的指向性进行分析。(1)采用稳态涡流场验证了涡流场声散射时域和频域计算方法的准确性;探讨了平方律完全匹配层阻尼因子和层数的合理配置;比较了不同入射波频率下两种计算方法的可靠性。结果表明,完全匹配层吸声边界厚度需大于2.5倍入射波波长,阻尼因子与入射平面波的频率成线性关系;随着计算频率增大,时域计算方法的结果出现了较大偏差,频域计算方法仍能较好地模拟涡流场声散射现象。(2)选择涡流场声散射频域计算方法,探究了不同马赫数、不同无因次频率的水下稳态涡流场声散射形态函数及指向性。结果表明,前向声散射远强于后向声散射;随着入射波无因次频率增加,主瓣形态函数增大,主瓣方位角趋近入射波传播方向;另外,主瓣形态函数随无因次频率和马赫数的增加呈线性增大。(3)针对水下移动涡流场,分析了涡核中心在不同位置时涡流场的前向声散射特性,结果表明,前向散射形态函数的迎流区和顺流区主瓣方位关于涡核中心方位对称,可通过两个主瓣的方位间接计算出涡核中心的位置。(4)针对水下圆柱结构物尾流场声散射问题,分析了不同时刻、不同雷诺数下尾流场声散射特性。结果表明,前向声散射分布曲线的峰值个数与流场中涡数大致相等。随着雷诺数的增大,前向散射声压的最大值也近似呈线性增大。