充液管路低频线谱噪声有源控制试验研究

[目的]充液管路系统的管口辐射噪声是舰船管路噪声控制的重点,具有较高能量的低频线谱噪声更是亟需得到进一步的抑制。[方法]针对充液管路低频线谱噪声问题,设计一套有源消声系统并进行试验验证。该系统由次级声源、控制器、功率放大器和传感器等构成。采用频率追踪算法对线谱频率进行估计,使用谐频自适应控制算法设计控制滤波器。建立泵水循环管路试验系统,开展固定线谱、移动线谱、多线谱噪声有源控制试验,验证有源消声系统的降噪性能。[结果]试验结果表明,该系统可自动跟踪线谱频率,实现移动频率的线谱噪声控制,能够同时控制多根线谱噪声,在管外取得8 dB以上的降噪效果且系统具有较好的鲁棒性。[结论]所得结果可为舰船管路系统低频线谱噪声控制提供可行的方案。     

基于Halbach阵列作动器的柴油机低频振动传递控制

柴油机是舰艇三大噪声源中机械噪声的主要贡献者,控制柴油机传往甲板或壳体的振动意义重大。该文基于Halbach阵列研制的新型作动器用于控制柴油机的低频振动传递。首先基于MATLAB平台利用实测数据对LMS算法中的滤波器系数和步长进行优化选择,然后通过实验验证了该作动器和所设计控制器的有效性。结果表明使用低频线谱自适应控制策略以后,基座和甲板振动在控制作用频率上均得到抑制,取得7dB左右的控制效果。     

船舶机械低频线谱振动传递的主动控制

针对船舶机械振动的低频线谱主动控制,文章采用输出力大、频响平直、无接触式的磁悬浮作动器,分析了永磁偏置式作动器的电-磁-力耦合特性,推导了磁悬浮主被动隔振系统运动方程和系统稳定性影响因素;研制了满足船舶应用要求、具有冲击摇摆适应能力的磁悬浮-气囊主被动混合隔振器。采用收敛快速的窄带多通道Fx-Newton算法,并针对线谱频率波动时的控制鲁棒性,提出了窄带滤波相位差的自适应补偿环节。在船用200 kW柴发机组上进行了主被动混合隔振实验,未开启线谱控制时,可获得>32.8 dB的宽频隔振效果;控制开启后,可进一步有效衰减传递到基座的多根线谱振动,并且在柴发机组的转速波动工况下依然能实现快速收敛、稳定和高效控制。该主被动混合隔振系统可满足船舶机械低频线谱控制的工程实用要求。     

船舶机械低频线谱振动传递的主动控制（英文）

针对船舶机械振动的低频线谱主动控制,文章采用输出力大、频响平直、无接触式的磁悬浮作动器,分析了永磁偏置式作动器的电-磁-力耦合特性,推导了磁悬浮主被动隔振系统运动方程和系统稳定性影响因素;研制了满足船舶应用要求、具有冲击摇摆适应能力的磁悬浮-气囊主被动混合隔振器。采用收敛快速的窄带多通道Fx-Newton算法,并针对线谱频率波动时的控制鲁棒性,提出了窄带滤波相位差的自适应补偿环节。在船用200 k W柴发机组上进行了主被动混合隔振实验,未开启线谱控制时,可获得32.8 d B的宽频隔振效果;控制开启后,可进一步有效衰减传递到基座的多根线谱振动,并且在柴发机组的转速波动工况下依然能实现快速收敛、稳定和高效控制。该主被动混合隔振系统可满足船舶机械低频线谱控制的工程实用要求。     

非均匀伴流下无空泡螺旋桨涡流噪声的数值研究

应用分离涡方法(DES)对螺旋桨的涡流场进行了模拟。提出了一种在桨叶附近生成高质量边界层网格的结构化网格划分方法。利用Q准则和自定义函数对桨叶泄涡及其频率特性进行了研究。以桨叶表面脉动压力为声源,通过求解FW-H方程对螺旋桨噪声进行了预报。频谱分析表明螺旋桨低频离散线谱噪声、低频宽带噪声以及高频涡流噪声都得到了较好的预报,特别对涡流噪声的频谱特性进行了分析。数值计算结果表明:以单桨叶表面压力脉动为声源,涡流噪声为单调音,频率即为桨叶泄涡频率,声压级比宽带噪声高出约15 dB;以整个螺旋桨表面压力脉动为声源,涡流噪声在泄涡频率附近有着多条线谱,各线谱的频率间隔相等,声压级比宽带噪声高出约10 dB。     

圆柱壳体内主被动隔振过定控制系统试验研究

本文研究了以圆柱壳体为基础的主被动隔振系统,改进了多通道窄带Fx-Newton算法以适用于误差传感器数目多于作动器数目的过定控制系统,开展了振动线谱控制试验.结果发现:采用误差传感器数目等于作动器数目的控制系统,基座和圆柱壳体的控制效果在某些频率不统一;而采用过定控制系统,能更有效地降低基座和圆柱壳体的振动线谱,提高全局控制效果.     

圆柱壳体振动主动控制中作动器的优化配置

结构振动的主动控制不仅取决于控制器中控制律的设计,还取决于作动器在结构中的作用位置,作动器的合理布置能有效抑制结构振动低频范围内的响应。文章以圆柱壳体为研究对象,基于离散系统可控可观性准则,提出了基于粒子群算法优化作动器作用位置的设计方法,并通过实验加以验证。实验结果表明,粒子群算法可应用于圆柱壳体中作动器作用位置优化设计的问题,在振动主动控制实验中能取得良好的控制效果。     

自适应谱线增强在舰船辐射噪声线谱检测中的应用

舰船辐射噪声线谱成分包含有大量的舰船特征信息,提取这些线谱成分对于水下目标的识别和研究具有十分重要的意义.为了有效地将舰船辐射噪声特征线谱从宽带背景噪声中分离出来,提出了运用自适应谱线增强理论对舰船辐射噪声信号进行研究.利用最小均方LMS自适应算法,构造出自适应谱线增强器,从理论上对该增强器的原理进行了分析,并利用该增强器对2种船型的辐射噪声实测数据进行了处理.结果表明,该增强器对线谱信号有增强作用,对背景噪声有较好的抑制作用,十分有利于辐射噪声特征线谱的提取.     

基于欧拉梁的管路吸振器振动特性研究

针对用吸振器控制管路系统振动线谱传递的问题,本文用欧拉梁振动理论建立横向激励下管路—吸振器的连续体振动模型,用有限元方法验证模型的准确性,研究激励及吸振器安装位置、控制对象和支撑刚度等对控制效果的影响规律。研究表明,激励及吸振器安装位置对吸振器抑振效果影响很大,以管路系统模态频率或激励频率为控制对象时存在较大差异,管路的支撑刚度只在一定范围内对系统一阶固有频率有重要影响。     

筒形大力值惯性式电磁作动器优化及性能分析

作动器是主动控制的重要动力部件,用于船舶推进轴系主动控制的作动器对低频范围的输出力值有较高要求。本文以电磁作动器为研究对象,建立动力学模型,利用Ansoft Maxwell对该电磁作动器进行磁路优化分析,确定该电磁作动器具有最优磁路尺寸。通过电磁作动器仿真计算得到的电磁力大小与实际测试出的电磁力大小基本相等,证实该电磁作动器建模仿真方法的正确性。得到电磁作动器的最佳频率输出范围,说明电磁作动器具有低频大力值输出的特点。该作动器的优化方法及性能分析为船舶推进轴系等结构的低频大力值主动控制提供了理论及技术支撑。     

管路消振器降低管路振动与脉动压力

提出了一种既能减小管路振动又能衰减流体压力脉动的管路消振器结构。该结构将流体消振器扩张室设计成弹性壁，随着流体脉动压力的变化，使扩张室的体积发生变化，以降低不可压缩流体脉动压力。理论计算和试验验证表明，该弹性壁结构对降低管路流体脉动压力和振动是可行的。在80Hz以内理论计算值与试验值较为一致。从实际配机试验结果看，该结构对管路流体脉动压力以及管路机械振动有相当明显的衰减效果。     

艇体结构分布式动力吸振器设计与分析

为控制艇体共振引起的低频线谱噪声,建立艇体结构流固耦合数值模型,根据结构低阶模态频率和振型特点设计了分布式动力吸振方案,并对其降噪效果进行计算。通过讨论吸振质量和工作频率的影响规律,分析安装在连续结构上的动力吸振器的减振机理。结果表明,动力吸振器可以有效减小艇体共振引起的水下噪声线谱峰值,吸振器主要通过改变结构的局部模态来发挥减振作用,可为连续结构的动力吸振器设计和低频线谱噪声控制提供参考依据。     

潜艇管路系统振动噪声控制技术的研究

文章介绍了潜艇管路系统振动噪声的传播途径和主要的控制方法,针对管路振动辐射噪声中低频线谱难以消除的问题,着重阐述了主动控制技术在管路振动隔离中的应用现状。并结合目前实际情况,对管路系统减振降噪工作提出建议。     

电动消振作动器模糊控制设计研究

研究了一种新型的作动器,主要用来解决由发动机所引起的船舶甲板的振动问题,通过机械机构及控制系统来实现激振频率及振幅的在线跟踪调节,控制系统可自动识别相角差及振动幅值并自动进行调节,模糊控制器可显著地减小船舶的振动,作动器与激振器相角差控制方面首次提出了优化模糊控制算法,与传统模糊控制算法比较,模糊控制规则可根据实际测试结果进行确定,然后由程序进行分段线性优化,提高了相位角差调整的精度,实验结果表明,该作动器具有良好的特性,对于抵消来自振源的振动具有很好的效果.     

多个线谱噪声的局部区域有源消声

噪声主动控制技术是近年研究的一个热点问题,它克服了被动降噪技术设备庞大、笨重、造价高等缺点,尤其对低频噪声具有良好的控制效果,展现出巨大的商业价值。本文在对有源消声进行理论分析的基础上,提出在局部空间实现多个线谱主动控制的方法,并研究消声区域的分布特点。同时,基于该方法进行船舶辐射噪声线谱主动控制的仿真,结果表明线谱控制效果良好,从而验证该方法的有效性和可行性。     

基于正交小波分解的线谱增强算法研究

介绍了传统线谱增强器(ALE)结构,分析了ALE的工作原理。ALE线谱增强的原因是降低了基本输入和参考输入中的噪声相关性,由于对参考输入的权系数调整无法对噪声进行合理估计,正弦信号得到增强。正交小波分解能将信号分解为尺度子空间和小波子空间中的2部分,同时2子空间正交。利用正交小波分解的这一特性,将尺度子空间中的逼近部分作为自适应滤波器的参考输入,使得参考输入和原信号中的噪声相关系数很小。对高斯环境下正弦信号和某水中目标实测信号进行了算法仿真,研究了该线谱增强算法的性能。结果表明,该算法在对高斯噪声环境和非平稳、非高斯目标实测信号中的线谱增强效果均优于ALE。     

流固耦合作用下的注水管路流激振动噪声数值模拟

大压差工况下,船舶内部液舱自流注水时管路振动噪声问题突出。采用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程,计算分析典型工况下注水系统管内流场。考虑管内液体对管道结构振动的影响,计算注水管路的“湿模态”。以管路壁面流体压力脉动作为激励源,基于有限元法对流固耦合作用下管道结构的振动和流激振动辐射噪声进行数值模拟。对阀门上下游不同监测点的流激振动噪声频谱进行分析,探究管路流激振动噪声产生、传播和衰减规律。分析结果表明:注水系统管道结构流激振动噪声沿管道传播基本无衰减;流激振动噪声频带较宽,主频率为80 Hz;管道结构的流激振动噪声整体幅值较大,需要采取增加弹性管卡等措施进行治理。     

监测与控制声特征信号的传感器和作动器网络

在新潜艇发展过程中，降低潜艇的可探测性是需着重考虑的一个因素。当潜艇下潜时。主要由以下几个方面的原因而被探测到：无线电发射（雷达、无线电）、雷达信号及声信号。声特征信号明显是最重要的方面，因此，安静性是潜艇设计的一个主要研究方向。推进装置和辅机的设计及运转工况在很大程度上决定了潜艇的声特征。为了监测潜艇辐射噪声和机械设备的状态，并对噪声与振动进行主动控制，美国海军开发了许多自噪声监测系统和控制系统。商用高速网络技术的发展，如ATM-SONET和光纤信道（Fibre Channel）技术促进了可监测舰艇辐射噪声和机械设备状态，并对噪声与振动进行主动控制的高速传感器和作动器网络的研制。与以前的舰艇监测系统相比，这些新的商用网络结构较简单，花费也不多，而性能更好。本文讨论了采用ATM-SONET网络的全舰监测1024信道传感器网络的设计，也讨论了采用光纤信道网络进行噪声与振动主动控制的256信道传感器和作动器网络的设计。     

流固耦合作用下的注水管路流激振动噪声数值模拟

大压差工况下,船舶内部液舱自流注水时管路振动噪声问题突出。采用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程,计算分析典型工况下注水系统管内流场。考虑管内液体对管道结构振动的影响,计算注水管路的"湿模态"。以管路壁面流体压力脉动作为激励源,基于有限元法对流固耦合作用下管道结构的振动和流激振动辐射噪声进行数值模拟。对阀门上下游不同监测点的流激振动噪声频谱进行分析,探究管路流激振动噪声产生、传播和衰减规律。分析结果表明:注水系统管道结构流激振动噪声沿管道传播基本无衰减;流激振动噪声频带较宽,主频率为80 Hz;管道结构的流激振动噪声整体幅值较大,需要采取增加弹性管卡等措施进行治理。     

L波段宽带频率捷变频率综合器设计

通过对频率合成方式进行分析，提出了一种新颖的L波段宽带频率捷变频率综合器设计方案。利用DDS电路产生的窄带频率捷变信号与数字锁相环电路产生的宽带跳频信号有机结合，并通过混频器及滤波器的合理设计，实现了宽带频率捷变。L波段宽带频率捷变频率综合器取得良好的实际工程应用效果，并对其它频率综合器的设计具有较高的参考借鉴价值。