有限水深下舱段模型水下声辐射圆柱形阵列测量研究

在水面舰艇的研发阶段,随着对其声隐身性能指标的提高,一般采用数值仿真或者舱段模型试验来考核并优化其声学设计。对于舰艇水下声辐射预报方法,也会利用舱段模型试验来验证。考虑试验成本、操作便利性和背景噪声等因素,一般将舱段模型放置在露天水池进行水下辐射噪声测量,因此开展舱段模型在有限水深露天水池的水下声辐射测量研究非常有必要。为了分析有限水深露天水池中舱段模型水下辐射噪声圆柱形阵列测量方案的合理性,本文对在2种水域模型的封闭半圆筒结构水下声辐射进行数值仿真,并对小水线面双体船缩比模型进行了露天水池试验和噪声估算。分析计算和实测结果,验证了有限水深露天水池中舱段模型水下辐射噪声圆柱形阵列测量方案的合理性。该研究成果对于露天水池中舱段模型水下辐射噪声测量试验具有指导意义。     

加肋圆柱壳舱段水下声辐射试验研究

根据模型与实艇舱段结构的声学相似关系，将模型测量的激振力、壳体加速度到水中辐射噪声的传递函数换算到实艇，利用这个传递函数可以根据实艇测量的激振力以及振动加速度预报艇体辐射噪声。采用通用程序进行了模型水下声辐射计算，将计算结果与测量结果进行对比，两者在I／3oct频带范围能够符合，但频谱结构差别仍然较大，这表明采用目前已有数值分析手段，可以对加肋圆柱壳舱段结构水下辐射噪声性能进行初步估算，要获得较准确的结果仍然需要进行模型试验。模型结构水下声辐射试验在水库中完成。     

以舱段模型代替整艇模型进行噪声估算的可行性探讨

采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,对SUBOFF潜艇模型的一个舱段在考虑不同声反射边界条件下的水下辐射噪声进行了数值计算,并讨论了以舱段模型代替整艇模型进行噪声估算的可行性。分析结果表明,不同声反射边界条件下辐射噪声的指向性比较一致,但不同边界条件下辐射噪声的最大声压级误差较大,声反射边界条件对舱段模型辐射噪声的影响不可以简单忽略,为对不同潜艇结构进行噪声估算提供了参考。     

基于AutoSEA2的船舶典型动力源辐射噪声分析

利用以统计能量分析原理为基础的声仿真软件AutoSEA2建立典型动力源激励的某船分段3D模型,分析了动力源激励力的等效计算及此激励产生的辐射噪声.首先根据舱段的特点,划分子系统并建立耦合关系,得到了统计能量分析模型.然后利用动力设备基座的面导纳概念,将基座面板分别简化为有限简支矩形薄板和无限大薄板,计算并对比了在中高频段这两种简化方案下的激励力.根据确定的激励方案计算得到r该舱段的舱室噪声和水下辐射噪声,并与试验结果进行了比较.对比表明,依此激励计算得到的声振环境预示结果与试验结果吻合较好,证明了统计能量分析在高频区预示船舶声振环境的可靠性.     

加肋有限圆柱壳体的边界条件对其振动和声辐射的影响

采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,建立了加肋有限圆柱壳体的有限元模型,并采用该模型对十四种方案的水下振动和声辐射进行了分析,讨论了模型边界条件对其水下振动和声辐射的影响规律以及在采用舱段模型代替整艇模型进行噪声估算时中间舱段长度的选取原则。结果表明用一个舱段模拟整艇的动态特性容易造成低频整体模态振型的缺失,在舱段首阶弯曲振动的模态频率以上,采用舱段来预报整艇的表面振动和辐射声功率是可以接受的;当整艇艇长不超过中间舱段长度的两倍时,可以采用舱段模型代替整艇模型进行噪声估算。     

水下圆柱舱段模型耦合噪声源识别及空间声场定位研究

为有效实现水下圆柱舱段模型耦合振动噪声源识别及空间声场定位,本文首先给出离散化柱面近场声全息(NAH)的频域计算方法,重建任意声场空间的声压或振速,并剖析该方法存在无法实现单个振源的声场重建等不足;然后,提出基于系统辨识(SI)思想的工况传递路径分析(OTPA)方法(即SIOTPA法)解决振源间的交叉耦合问题,并实现耦合振动噪声源及其传递路径识别;随后,将柱面NAH方法与SIOTPA法进行有效的集成和融合,形成一种适用于耦合声源识别、声场可视化定位和预报的SIOTPA-NAH方法;最后,以水下圆柱舱段模型振动-声辐射数值仿真分析和消声水池试验为基础,验证了给出的SIOTPA-NAH方法能够有效地实现水下圆柱舱段模型内部耦合振动源识别、振源贡献量排序及声场可视化定位,并能准确实现单个振源的空间声场预报.     

浮动舱室设计对船舶机舱舱室振声性能的影响

以某航海教学实习船机舱为原型,建立机舱三舱段有限元模型,确定振动预报模型边界条件,选择发电柴油机组悬着位置作为力激励点,采用有限元/边界元法预测了机舱集控室和机修间声功率级,对比分析该两舷侧对称舱室场点声压级云图。计算各壁板对值班轮机员右耳位置声压的贡献度,验证以浮动地板为基础的浮动舱室设计可以有效降低舱室噪声。将此振动-声辐射耦合系统简化为箱形多腔结构,建立多腔结构及其单元腔室有限元模型,进行船舶机舱模型振动-声辐射实验,仿真结果与实验测量结果吻合较好,验证仿真方法的有效性。总结出船舶机舱舱段模型振声数值预报通用方法及流程,对指导船舶减振降噪有借鉴价值。     

水下辐射噪声快速预报方法研究

实现水下辐射噪声的在线预报,需要提高预报方法的快速性与准确性.为此,开展水下辐射噪声快速预报方法研究,研究在不同频段采用不同预报方法,低频段的边界元方法采用系数矩阵预存技术可极大地减少预报时间,高频段经过特征参数敏感性分析以及辐射效率混合公式的确立,保证了统计能量法的预报精度.经过舱段模型的仿真计算和试验测量对比,表明该快速预报方法准确可行.     

基于工况TPA的舰船辐射噪声预报与试验研究

为了进一步降低舰船辐射噪声、提高舰船声学性能,结合偏相干以及条件功率谱方法,优化舰船振动传递路径分析方法,开展了辐射噪声合成研究。舱段模型试验表明:经偏相干分析法优化后的工况传递路径分析法可以识别主要振动噪声源、传递路径,实现舱段模型的辐射噪声预报,全频段误差小于3 dB,验证了该方法的有效性。     

基于相似理论的海洋温跃层模拟水池研究

为模拟海洋温跃层环境,检验所设计的水下热滑翔机在温跃层中的水动力性能,根据相似理论分析了温度梯度为0.2℃/m及水深10 m以下的海洋温跃层模拟水池的各项特征:缩尺比、水池主尺度、温度场和动力相似数。采用数值计算和理论计算方法,预测了设计水池中的待试模型与实体水下热滑翔机的阻力,并对二者进行比较,验证了所设计的水池模拟的水动力效果。以传感器阵列测量水池的温度梯度,验证了温度场相似的设计目标。通过研究和试验,验证了海洋温跃层模拟水池的可行性和可靠性。研究表明:用于水下热滑翔机水动力及相变性能研究的海洋温跃层模拟水池,其水流温度梯度需为实际温跃层温度梯度的缩尺比的平方倍;模拟海洋温跃层的室内水池通过选取合理的几何尺寸,可以抑制阻塞效应、浅水效应及池壁效应的不良影响。     

发动机水下排气噪声预报研究

由于涉及到两相流,所以发动机水下排气噪声的产生机理和辐射特性非常复杂。文章基于Mixture多相流模型、RNGκ-ε湍流模型和Ffowcs Williams-Hawking声学模型对发动机水下排气噪声进行了数值预报研究,并试验测量了相应工况下发动机水下排气噪声,对数值研究的结果进行了验证。结果表明,文中所提出的发动机水下排气噪声数值预报方法在工程上是可行的。     

水下航行体舱段结构声学设计模型分析

采用基于模态坐标的有限元/边界元方法,建立水下航行体封闭舱段声学设计模型,利用该耦合分析模型对两端采用刚性圆板封闭的简支舱段结构的振声性能进行分析,并与采用半无限长圆柱形刚性障板代替两端的刚性圆板时的舱段模型计算结果作比较,指出除了少数耦合模态的固有频率附近,当外层圆柱壳周长相对流体中声波波长较小时,采用刚性圆板封闭的两端简支双层加筋圆柱壳与两端采用半无限长圆柱形刚性障板代替刚性圆板时的声辐射规律十分相近。     

船舶典型舱段全频段空气噪声预报

针对受声舱和声源舱相邻的典型舱室分布,基于声振分析软件VA One,确定频率范围,考虑吸隔声材料和门缝等因素的影响,综合运用统计能量分析法(SEA)、有限元法(FEM)和FE-SEA混合方法对受声舱的空气噪声进行全频段仿真预报。模型试验验证仿真计算,比较受声舱空气噪声的仿真预报值和测试值,两者随频率变化的趋势比较一致,说明预报方法可行。     

舵机非稳态激励识别及瞬态声辐射分析

当水下航行器利用舵机改变航向时,舵机的开启会产生很大的瞬态辐射噪声。因此,在舵机安装之前,有必要对舵机的源特性进行评估。文章基于某水下航行器的舵机振动测试试验,应用频域载荷识别中的最小二乘法方法和短时傅里叶变换的信号处理技术,对舵机操舵过程中舵机与试验台架连接的机脚点处的瞬态最大激励力和整体平均激励力分别进行了间接估算,并将估算结果的准确性和可行性进行了验证。考虑到加肋圆柱壳是水下航行器的基本结构形式,文中将估算的激励力结果作为辐射声计算的近似输入,以一个两端简支的加肋圆柱壳体作为水下航行器的一个舱段的计算模型,分别计算了舵机操舵过程中水下瞬态最大和整体平均辐射噪声的大小,提出了一种利用短时傅里叶变换信号处理技术来评估舵机水下瞬态辐射噪声的方法。     

多源随机激励下多舱段圆柱壳辐射声功率

文章研究了多源随机激励下多舱段圆柱壳的辐射声功率合成规律。在水下多舱段壳体振动声辐射数值计算模型的基础上,采用统计方法处理多源随机激励的辐射声功率。讨论了源的相干性、激励位置、间距和舱壁对总辐射声功率的影响。数值计算表明:在声波波长大于壳体一半长度的低频段,无论两个源是否位于同一舱段都要考虑源的相干性影响;在环频率以上的高频段源相干性的影响可以忽略,多个源随机激励满足能量叠加原理;而在中频段可以只考虑位于同一舱段内源的相干性的影响。     

船舶三维声弹性计算法研究

船舶本身和水介质声弹之间的耦合会产生振动,成为影响船舶航行的水下辐射噪声之一。通过研究船舶三维声弹性可以有效的预报船舶在海洋环境中的噪声,能够加快声隐身问题的研究。本文利用近似Green函数,在Pekeris声波导模型的基础上计算有限水深中的船舶三维声弹性,在计算过程中简化了Green函数,加快了计算效率和提高了收敛性。     

基于声全息法的水下复杂圆柱壳体远场辐射声场计算及试验验证

针对水下圆柱壳体结构,采用声全息技术建立了由近场声预报远场辐射噪声的方法.在波数域内对近场声与远场辐射噪声的关系展开分析,建立了结合近场声信息提高远场辐射噪声特征分析及评估精度的工程实用化方法.通过加肋圆柱壳的算例验证了方法的正确性,为方法的实际应用提供理论指导.结合模型试验的结果对方法进行了进一步的对比验证.     

加肋圆柱壳声学相似性试验

本文通过相似的有限长加肋圆柱壳模型在空气中受激振动和水中辐射声功率的相似性试验，验证了文献[1,2]采用有限元和边界元方法提出的弹性结构振动和水下声辐射的理论相似关系。从加速度传感器测量的振动加速度响应中得到的模型前10阶模态频率表示为无量纲频率ωl/E/ρ，它们与理论结果比较，不同模型同阶无量纲频率的最大相结偏差小于5％。测量的振动加速度以al^3ρ/F进行归一化处理，结果基本符合理论相似关系，对加速度进行多点平均或宽频带处理后，试验结果与理论结果更加符合，三个模型在测量频段内的归一化加速度级相差2dB左右。参照空气声学中的方法，在水池的半混响环境中测量模型的水下辐射声功率，为此围绕模型选择一个测量面，由测量面上的声压和水池的混响时间估算辐射声功率，并以ωl^2/F^2进行归一化处理，结果表明在高频段模型的归一化辐射声功率级相差1－2dB。模型设计和试验时，缩比因子λ、谱级倍频程数K和频率移动的频带数N应满足关系2^N/K=λ。     

舰艇声特征逼真模拟技术方法探讨

本文在总结分析舰艇多源辐射噪声和空间声回波特性的基础上,研究提出了模拟舰艇多源辐射噪声和空间声回波特性的声学特征模型,重点探讨了模拟特征模型的工程实现方案和技术设计方法,其结果为逼真模拟声学目标的工程化研制打下了技术基础.     

舰艇声隐身技术研究用消声风洞设计

目前在舰艇声隐身技术领域中,螺旋桨噪声和流噪声机理研究所需要的实验手段存在明显不足,为弥补这一不足,利用空气中消声比水中容易的优势,借鉴气动声学的研究方法和实验手段,从原理分析、数值仿真和实验验证等方面,探讨了舰艇声隐身技术研究用消声风洞的一些重要设计问题,包括风洞气流通道的布局形式以抑制驱动系统的传递噪声、实验测试段的非对称布置以获得远场声学测点、低频噪声控制的实现等。舰艇声隐身技术研究用消声风洞的设计方案得到了实验结果的验证,消声风洞成为舰艇螺旋桨噪声和流噪声机理研究的一种新的实验设施。