集成统计能量法计算声呐自噪声水动力噪声分量

针对舰船艏部非规则形状声呐罩的自噪声预报,借鉴集成模态法思路[1,2],采用虚拟弹性膜技术,建立集成统计能量法(Integro-SEA),并以矩形腔声呐罩为例验证计算精度.在此基础上,采用集成统计能量法计算舰船艏部声呐自噪声的水动力噪声分量,并修正计算艏部边界层转捩区湍流猝发声源对声呐自噪声的作用.研究表明:用经典SEA和集成SEA方法计算矩形腔声呐罩自噪声,偏差小于1dB,集成SEA方法加边界层转捩区声源修正,计算的舰船艏部声呐自噪声与实艇测试结果比较,在200Hz～6kHz的中频范围内相差2～3dB.     

周期加肋夹芯透声窗的声呐自噪声特性研究

以舰船声呐罩透声窗的低噪声设计为背景,针对周期加肋夹芯平板和平行腔体组成的简化声呐罩模型,采用Fourier变换方法和功率谱密度函数,建立加肋夹芯透声窗受平稳随机湍流脉动压力激励产生的声呐部位水动力自噪声的计算方法,数值计算肋骨几何尺寸和间距等参数对声呐自噪声的影响.研究结果表明加肋透声窗在湍流脉动压力激励下产生的声呐自噪声,取决于声呐罩的空间滤波特性.肋骨引起的波数迁移,使透声窗与湍流脉动压力的传输峰值分量发生空间吻合共振,明显增大声呐自噪声.加肋夹芯透声窗的弹性波传播截止效应,部分抵消肋骨产生的空间调制效应,可降低声呐自噪声5 dB～10 dB.     

基于AutoSEA2的声呐自噪声水动力分量分析

利用基于统计能量分析法的声仿真软件AutoSEA2分析湍流边界层激励下水下航行器声呐腔自噪声水动力分量。采用一种新的回转体模型模拟声呐罩,重点讨论了空间分布不均匀的湍流边界层对声呐罩的输入功率的计算。利用Fluent软件计算边界层的分离点及一些重要参数。分析结果可作为空间不均匀湍流边界层激励下声呐腔自噪声工程估算的参考。     

空间不均匀湍流边界层激励下声呐腔自噪声统计能量分析

利用统计能量分析法建立了湍流边界层激励下水下航行器声呐腔自噪声水动力分量的计算模型。采用一种新的回转体模型模拟声呐罩，重点讨论空间分布不均匀的湍流边界层对声呐罩的输入功率的计算及统计能量分析参数的确定，利用Fluent软件计算边界层的分离点及一些重要参数。最后给出了一具体的算例。可作为空间不均匀湍流边界层激励下声呐腔自噪声的工程估算的参考。     

湍流脉动压力下椭球声呐腔水动力自噪声分析

运用统计能量法建立水下椭球壳形状的声呐腔模型.利用计算流体动力学软件计算不同航速下声呐罩表面湍流边界层的分离点,考虑了湍流脉动压力空间分布的不均匀性.分析航速以及不同吸声和阻尼处理方案对声呐腔水动力自噪声的影响.理论评估吸声处理的结果和数值计算的结果比较吻合.研究表明:航速越大,自噪声越大;透声窗面积所占总表面积的比例...     

结合均值导纳法的声呐腔自噪声统计能量分析

讨论了湍流边界层激励下声呐腔自噪声统计能量分析.采用圆柱一圆板组合结构模拟艏部声呐罩,重点讨论了湍流边界层输入功率计算,及利用均值导纳法求解多耦合结构之间的直接耦合损耗因子及间接耦合损耗因子,给出了详细的理论推导,最后给出了具体的算例.分析结果可作为湍流边界层激励下声呐腔自噪声工程估算的参考.     

声呐腔流激噪声场空间互功率谱及相干性研究

随着声呐基阵孔径的增大及探测频率的不断降低，声呐自噪声场特性研究需要由自功率谱空间分布特性扩展到空间互功率谱及相干特性。针对矩形腔和弹性矩形板透声窗组合的声呐腔结构，考虑弹性平板与内外声场的耦合作用，采用模态法建立了矩形板受湍流边界层脉动压力激励的腔内水动力噪声场空间互功率谱及空间相干性计算模型，计算分析了在不同频率和不同噪声场空间场点位置情况下的声呐腔水动力噪声场空间互功率谱和相干性特征，计算结果与实船声呐舱水动力噪声测试结果一致。     

声呐导流罩边界层壁面脉动压力研究进展

舰艇中、高速航行时,声呐导流罩外边界层的壁面受脉动压力激励,引起罩壳结构振动,并向罩壳内辐射噪声。该噪声是声呐平台区自噪声的主要成分。准确描述罩壳外边界层壁面脉动压力特征,是开展声呐导流罩内场自噪声影响评价以及导流罩壳减振降噪设计的基础和依据。首先,介绍壁面脉动压力功率谱的壁压试验法、半经验模型法、数值模拟法的相关进展;针对边界层转捩区的脉动压力功率谱特征,引出缩尺模型试验研究的尺度效应问题。其次,针对壁面脉动压力的尺度效应问题,概述脉动压力功率谱尺度律及其由模型试验到实船应用的发展,并介绍与缩尺模型试验载荷相似的重要手段——人工转捩方法的研究概况。最后,对人工转捩方法在声呐导流罩边界层壁面脉动压力载荷相似性研究中的应用进行展望。     

声呐平台自噪声特性及降噪措施优化研究

基于统计能量法,建立声呐平台统计能量计算分析模型,讨论某舰船机械载荷与水动力载荷对于声呐平台自噪声特性的影响,得到主要噪声激励源及其分布,对声呐平台讨论采用三种不同形式的降噪措施,结果分析表明:机械载荷激励的位置不同,对声呐平台自噪声贡献量不同,离声呐换能舱室越近的机械载荷激励对声呐平台自噪声的贡献量越大;对比得到在声呐换能舱室加吸声尖劈并适当将材料损耗因子增大到0.002为声呐平台自噪声的最优降噪措施,在主传导路径上采取控制措施从而增大损耗因子得到的降噪效果最优。     

船舶艏部声呐罩水动力噪声评估

文章针对非规则形状的艏部声呐罩,基于统计能量理论,建立了艏部声呐罩自噪声的理论模型,并分析了非透声窗吸声系数和过渡区声源对声呐罩噪声的影响。经对过渡区声源高频噪声影响的计算修正,大大提高了计算精度。试验验证表明,过渡区附近腔体自噪声计算结果与测试值相差小于5 dB,较好地反映了腔内自噪声分布规律。     

计及空腔能量耗散的尖劈结构声学特性研究

以喇叭型空腔为例分析了声波在尖劈空腔中的传播规律,给出了计及空腔能量耗散作用的尖劈结构吸声系数计算方法,通过声管测试验证了本文算法的有效性。在此基础上,通过数值试验预报了声呐平台区振动及自噪声分布,对比分析了空腔尖劈敷设方案对其声学特性的影响。结果表明:空腔对较低频段声波能量吸收有很大作用,在3 kHz以下频段计算空腔尖劈吸声性能时必须予以考虑;敷设空腔尖劈的声呐平台区的振动及自噪声总声压级显著降低,尖劈部分优化敷设既要兼顾声呐基阵位置处的声压分布。     

敷设空腔尖劈的声呐平台声学特性研究

基于变截面波导理论建立吸声系数方程,讨论了不同静压下尖劈吸声性能,开展了空腔尖劈声管测试,并将计算值与实验值进行对比分析。在此基础上,通过数值试验预报了声呐平台区的自噪声分布,对比分析了空腔尖劈敷设方案对其声学特性的影响。结果表明：随着静水压力的增大,尖劈吸声系数第一谐振峰向高频移动;高静压下,尖劈吸声系数下降较快。敷设空腔尖劈的声呐平台区的自噪声总声压级显著降低,尖劈部分优化敷设既要考虑全频段平台区的自噪声总声级,又要兼顾声呐基阵位置处的声压分布。     

弹性背腔穿孔管水消声器有限元分析

为提高穿孔管水消声器的消声性能,利用结构声耦合数值分析模型探究弹性壁与水介质的耦合作用对消声器传递损失的影响,分析弹性背腔腔壁的厚度和弹性模量以及采用弧形背腔时的弧形半径对消声性能的影响。数值分析研究结果表明:较刚性背腔条件下,弹性背腔穿孔管水消声器的低频吸声效果得到明显提高;减小弹性背腔壁的厚度和采用更小弹性模量的橡胶材料,或者采用较小半径的弧形弹性背腔可以降低弹性背腔穿孔管水消声器的吸声频率。同时,吸声效果也得到提高。     

声呐平台噪声控制机理分析

文章针对舰艇声呐平台的噪声问题,研究了三大噪声源对声呐自噪声的影响。研究表明,声呐舱水动力噪声分量主要受肋骨结构影响,在设计中应避免肋骨的形函数与湍流脉动压力波数—频率谱耦合。舰艇自身的螺旋桨噪声和辐射噪声主要从后部和底部向声呐平台传递,在声呐壁面附近和声呐区域产生较高噪声,为提高声呐自噪声控制效果,应在非透声壁面采取隔声措施。舷侧声呐受艇体振动影响较大,应在声呐单元安装导轨的振动传递途径上采取阻尼控制措施,有效降低声呐单元的振动响应。     

潜艇声呐腔自噪声预报平台

本文应用统计能量分析(SEA)对潜艇声呐腔自噪声预报问题进行了研究,编制了界面友好的通用软件预报平台.计算结果与有关实验结果吻合较好,验证了预报平台的有效性和可靠性.本预报平台已应用到多型潜艇声呐腔的自噪声预报中,对选取声呐腔的声学处理方案具有重要的指导作用.     

船舶水下噪声研究三十年的基本进展及若干前沿基础问题

三十年来,船舶水下噪声研究取得了显著的进展,同时也面临新的需求和挑战。文章从船体结构振动和声辐射、低噪声设备、管路系统振动和噪声、隔振及声振隔离方法、声学材料和元器件、推进器及推进轴系声学特性、水动力噪声、声呐自噪声、声目标强度、声学测量方法等十个方面,简要回顾和梳理了船舶水下噪声研究取得的主要进展及进一步的发展方向,并提出了若干前沿的基础性问题。     

水面舰船流噪声数值预报研究与应用

在梳理流噪声数值预报方法的基础上,采用流场大涡模拟（large eddy simulation,LES）和声学边界元（boundary element method,BEM）方法在频域内计算预报了船体流噪声谱曲线,求取了其等效声中心.LES计算时选用动力学Smagorinsky-Lilly（dynamic Smagorinsky-Lilly,DSM）亚格子应力模型,流噪声由船体壁面脉动压力和法向速度特性决定,声源节点和声节点变量传递采用一对一的守恒传递方式.结果表明：某型船在航速14 kn时,裸船体流噪声在20 Hz~2 kHz频段内总声源级为133dB;当计算有效频段扩展到20 kHz时,总声源级达143.3 dB.流噪声主要来源于兴波引起的涡量,且主要集中于100 Hz~10 kHz频段.球首尾流区和船体尾涡区对流噪声辐射量贡献明显,特别是球首尾流区,对全频段都有明显的贡献,为水面舰艇流噪声研究提供了一条新的途径.     

非均匀船舶尾流中工作的常规和大侧斜船用螺旋桨的水动力和水声计算预报（英文）

Despite their high manufacturing cost and structural deficiencies especially in tip regions, highly skewed propellers are preferred in the marine industry, where underwater noise is a significant design criterion. However, hydrodynamic performances should also be considered before a decision to use these propellers is made. This study investigates the trade-off between hydrodynamic and hydroacoustic performances by comparing conventional and highly skewed Seiun Maru marine propellers for a noncavitating case.Many papers in the literature focus solely on hydroacoustic calculations for the open-water case. However, propulsive characteristics are significantly different when propeller-hull interactions take place. Changes in propulsion performance also reflect on the hydroacoustic performances of the propeller. In this study, propeller-hull interactions were considered to calculate the noise spectra.Rather than solving the full case, which is computationally demanding, an indirect approach was adopted; axial velocities from the nominal ship wake were introduced as the inlet condition of the numerical approach. A hybrid method based on the acoustic analogy was used in coupling computational fluid dynamics techniques with acoustic propagation methods, implementing the Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H) equation. The hydrodynamic performances of both propellers were presented as a preliminary study.Propeller-hull interactions were included in calculations after observing good accordance between our results, experiments, and quasi-continuous method for the open-water case. With the use of the time-dependent flow field data of the propeller behind a nonuniform ship wake as an input, simulation results were used to solve the FW-H equation to extract acoustic pressure and sound pressure levels for several hydrophones located in the near field. Noise spectra results confirm that the highest values of the sound pressure levels are in the low-frequency range and the first harmonics calculated by the present method are in good accordance with the theoretical values. Results also show that a highly skewed propeller generates less noise even in noncavitating cases despite a small reduction in hydrodynamic efficiency.     

声激励下板柱组合结构水下近场声学特性研究

为研究船舶声纳平台区域的声学环境,基于数值方法研究了声波激励下板柱组合结构的水下近场声学特性,并讨论了声波频率及声波入射角度对板柱组合结构声场的影响.结果表明,板柱组合结构内部的声场分布较为复杂.声波频率较低时,板柱组合结构内部声场分布较为均匀;声波频率逐渐提高时,板柱组合结构内部将逐渐出现明显的声压加强区和减弱区;声波入射角度对声场加强区和减弱区的大小及出现位置也有较大影响.