利用传递函数预测舰船机械振动引起的声特征信号

为满足水面舰艇和潜艇声隐身的作战要求，需进行多方面的研究。辐射噪声在潜艇和反潜舰艇的隐身中起着重要的作用。尤其是机械振动产生的辐射噪声，是敌方的声传感器用来对目标舰艇进行探测和识别的一个主要声源。为了实现舰艇要求的作战性能，在设计的最初阶段，采用可靠的方法预测辐射噪声以确定潜艇或反潜舰艇的声学特性非常重要。我们采用了一种利用由每一噪声源和水下辐射噪声之间的关系所定义的传递函数作为可靠方法的预测技术。     

水下航行器线谱振动噪声研究进展

水下航行器噪声的线谱分布特征是其被探测、识别的重要信息,直接决定其在复杂海洋环境中的生存力和战斗力。本文围绕水下航行器线谱振动噪声展开回顾总结,系统梳理水下航行器线谱振动噪声的形成机理、频谱特性以及噪声传递路径;研究水下航行器振动声辐射预报方法,频域上基于SEA,FEM预报稳态声场,时域上基于波动理论分析瞬态声场;从被动控制、主动控制、其他控制等角度,分析近年来国内外线谱振动噪声控制进展;给出了噪声智能识别监测系统、基于态势感知的噪声快速预报技术、噪声动态控制技术一体化的未来发展趋势。     

控制潜艇声特征信号的特种材料

各国海军正致力于降低舰艇和潜艇声特征信号，其主要表现在两个方面：减少本艇自噪场 和辐射噪声，以便在降低敌方探测能力的同时，改进本艇被动探测性能；使用消声涂层减少目标强度，从而减少主动声呐威胁，在愈来愈低的频率上确保有效性能的唯一方法是将水下振动与声学专门技术与先进的材料技术结合起来，还描述了最近开发的各种类型隔声、阻尼消声材料。各种材料的到补能力使得我们有在声速、阻尼、密度、静态可压缩性和热传导方     

将“振动”作为设计隐身平台的工具

设计师必须在不牺牲作战平台的基本功能，即武器运输的前提下，设法均衡满足改善平台隐身性时的各项有冲突的要求。技术进步带来了性能更佳的传感器，因此延迟发现和隐蔽是作战原则的基本要素。隐身可划分为声隐身和非声隐身。声隐身涉及到辐射噪声（由机械、螺旋桨或水动力引起）、声目标强度等，而非声隐身包括雷达特征信号、电场辐射信号（ELFE）、红外特征信号、光信号、磁特征信号等的隐身。机械的振动级可以作为设计工具。了解不同机械及其在不同栽荷条件下，采取不同安装方案时的各种振动特性，有助于判断辐射噪声可进一步降低的范围。把问题解决在源头历来是处理问题的最佳方案。即将焦点集中于振动产生的机理，其次才是传输路径。包括基座、支撑结构、管路、波纹管、减振架等在内的传输路径在降低辐射噪声中逐渐变得重要。监测振动级并产生方向相反，大小相同的振动是降低振动的新兴技术。本文讨论了上述方法和将振动作为海军作战平台设计师工具的实践应用。     

管路脉动噪声前馈主动控制算法优化

噪声主动控制技术通过传感器采集噪声源信号作为输入,自适应算法输出信号驱动作动器抵消原有噪声,控制效果很大程度上取决于控制算法的性能。目前对于液体管路脉动主动控制的相关研究较少,需设计一种适用液体管路脉动噪声主动控制的算法。对传统宽带前馈FxLMS算法原理进行分析,针对管路脉动噪声低频线谱特征,设计线谱频率追踪算法进行峰值频率提取控制;对于作动器对参考信号造成的耦合干扰,设计声反馈补偿算法消除。设计试验将传统算法和优化后算法的脉动衰减效果进行对比,结果表明优化算法对不同频率的脉动线谱都具有衰减效果,相比宽带前馈算法提升约2 dB的脉动衰减量。     

舰船水下辐射噪声预测系统的研究

由于水下辐射噪声特征信号代表了水面舰船和潜艇的固有特征，因而被敌方利用作为探测舰艇的主要手段。为了建造达到声学指标的舰艇，必须在设计阶段精确地预测噪声级并采取切合实际的降噪措施。为此，开展了舰艇水下噪声预测系统的研究。简要介绍了预测系统和根据理想模型试验得出的验证结果。     

自噪声监测和故障噪声探测自动化

潜艇和水面舰船常常发出异常的噪声，这些未被发现和未经纠正的故障噪声，对被动声呐而言，是很容易探测到的信号。依靠人对噪声监测系统的观察，注意声被探测性的变化，只有在传感器数量少，无故障噪声状态的情况少时才现实。如果对自噪声监测有用的每一个传感器都要使用，故障噪声的探测就必须实现自动化。为了开发可靠的自动化系统，需要有大量包含了全部传感器所有可能的无故障噪声状态数据的数据库。遗憾的是，现有的声数据记录系统还没有足够的能力在海上长期不间断地大量搜集传感器样本数据。本文介绍了我们正在研制的，名为ASDIC（声特征信号数据和ISCMMS数据搜集）的数据记录器和故障噪声探测系统，该系统将数据存储到大容量的硬盘中。目前我们采用ASDIC建立了自噪声数据库，以能自动探测故障噪声。     

潜艇动力舱浮筏隔振参数对振动与声辐射的影响

降低动力机械引起的潜艇壳体振动以及水下声辐射一直是工程上的一个重要问题。本文利用ANSYS有限元软件，建立了潜艇动力舱的水下声振耦合模型。通过数值计算，分析了主动力浮筏隔振系统中的参数变化，如上下隔振器的刚度、筏体的质量比和刚度改变对动力舱内振动传递率以及水下辐射噪声的影响。本文建立的计算模型可进一步推广应用于因机械设备引起的整个潜艇水下耦合声振预报。     

潜艇声频信号特征控制分析与展望

当前，各海军大国都在潜艇的设计和改造中努力减小其声频信号，即降低自噪声与辐射噪声和减小目标强度，用于提高自身的隐蔽性能，减小被非合作方探测到的可能性。本文对今后１５年国外潜艇声频信号特征控制的发展进行了概述。     

水下潜器首部声基阵区流噪声研究方法

水下潜器在航行过程中,主要使用声呐来探测敌方舰艇以及自身位置。主声呐一般安放在潜艇首部位置,可分为主动声呐与被动声呐。在探测目标时,噪声是2种声呐系统都必须克服的干扰因素。针对自噪声中的流噪声,首先使用LES模型对水下潜器的外流场进行仿真计算。在获得流场中的脉动压力分布后,将其导入基于Lighthill声类比理论的声学软件ACTRAN中进行声场仿真计算,实现了对水下潜器首部声基阵区流噪声的数值预报。研究了航速、共形阵的安装位置和基阵单元安装面形状对声基阵区流噪声传播的影响。结果表明:航速越大,流噪声越大;增大声呐安装面与导流罩的距离以及使用较光滑的安装面,可以减小声基阵区流噪声的大小。     

基于辐射声压反馈的结构极点配置研究

提出了基于声压反馈的结构振动声辐射主动控制的极点配置方法.该控制方法所使用的传声器不作为误差传感器,而是将所测得的声压信号作为反馈信号来对结构实施主动控制.以空气中平板结构为例,进行了数值仿真研究,结果表明,通过使用复数增益基于声压反馈可以配置结构的固有频率和阻尼比,从而实现基于声压反馈进行结构振动声辐射主动控制的目的.     

水下潜器首部声基阵区流噪声研究方法

水下潜器在航行过程中,主要使用声呐来探测敌方舰艇以及自身位置.主声呐一般安放在潜艇首部位置,可分为主动声呐与被动声呐.在探测目标时,噪声是2种声呐系统都必须克服的干扰因素.针对自噪声中的流噪声,首先使用LES模型对水下潜器的外流场进行仿真计算.在获得流场中的脉动压力分布后,将其导入基于Lighthill声类比理论的声学软件ACTRAN中进行声场仿真计算,实现了对水下潜器首部声基阵区流噪声的数值预报.研究了航速、共形阵的安装位置和基阵单元安装面形状对声基阵区流噪声传播的影响.结果表明:航速越大,流噪声越大;增大声呐安装面与导流罩的距离以及使用较光滑的安装面,可以减小声基阵区流噪声的大小.     

基于光纤光栅应变传感器的潜艇结构监测系统

对潜艇结构的实时监测能有效预防事故的发生.对基于光纤光栅应变传感器的潜艇结构监测系统进行研究,对系统的设计、具体的设计方案及工程应用中的关键问题进行论述,并提出了解决方案.通过应变传感器网络测试实验,得到相应的激励信号和功率谱.     

推进器激励的艇体辐射噪声及控制技术研究现状

对近年在潜艇推进器激励艇体振动耦合辐射噪声计算方法及控制技术方面的研究现状进行了比较全面的论述.涵盖的内容从推进器非定常激励力的形成到艇体辐射噪声计算模型,再到推进器、轴系及艇体耦合振动及辐射声计算方法,以及相应的控制技术等方面的研究工作.     

潜艇自噪声监测系统

法国海军造船局开发了一套新型潜艇自噪声监测系统，其特点是具备从大量传感器中处理数据的能力，并且能计算出整个潜艇的辐射噪声级。计算结果是利用沿船体合理分布的传感器和测量辅机设备自噪声的传感器获得的。描述了该系统的组成，性能及其带给潜艇指挥官的诸多优点，最后还介绍了辐射噪声的计算方法。     

尾后轴承刚度对潜艇结构声辐射特性的影响

研究潜艇结构振动、声辐射特性随尾后轴承刚度改变的变化规律,对潜艇减振降噪具有十分重要的意义。从振源振动传递路径的声学设计的角度出发,以改变靠近螺旋桨的尾后轴承的刚度为具体措施,采用结构有限元法、结构有限元耦合流体边界元方法,以辐射声功率、湿表面均方法向速度作为衡量结构噪声辐射能力的主要衡量指标,系统地研究潜艇结构振动、辐射噪声谱峰频率和峰值的变化规律。从计算结果可以看出:在低频段,随着尾后轴承刚度的增大,谱峰频率明显向高频移动,第一峰值呈先减小后增大趋势,第二峰值呈明显增大趋势;尾后轴承刚度越小,除第一个谱峰频率附近的窄频带外,在整个计算频段范围内,振动和辐射噪声明显减小。因此,改变尾后轴承刚度,可以使谱峰频率向高频或低频移动,这样就能够使设备激振力的谱峰频率与结构振动及辐射噪声的谱峰频率错开,实现对辐射噪声的控制;降低尾后轴承刚度,在一定频段范围内,能够明显降低潜艇振动和辐射噪声。     

从潜艇水下噪声频谱中分离出螺旋浆噪声的研究

本文依据收集的资料，分析了潜艇噪声源及其特性；从声频特征信号分析出发，综合出从测获潜艇水下辐射噪声和自噪声中分离出螺旋桨噪声（旋转声、涡流声、空化噪声、唱音）的方法，可供从事螺旋桨噪声控制的研究人员参考。     

从平台角度看潜艇声特征信号

潜艇在设计阶段就注重降噪是最为有效的。潜艇的特征信号要求可通过设想潜艇未来的作战情况来确定。从这些要求出发，可确定满足特征信号要求的艇上机械设备的噪声指标的预分配和一套噪声控制程序。构成声特征信号的5个主要辐射噪声的声源为：（1）机械噪声；（2）螺旋桨／推进噪声；（3）艇体的谐振；（4）流体噪声；（5）空化噪声。前三种噪声主要为线谱噪声，在辐射频谱上形成线谱。后两种噪声源为宽带噪声。大多数机械噪声的频率在10Hz到1kHz之间，艇体谐振产生的噪声频率一般在10Hz和60Hz间。但可能大到2kHz，螺旋桨噪声通常低于100Hz，而空泡和流体噪声最大可超过10kHz。     

潜艇管路系统振动噪声控制技术的现状与发展

当螺旋桨噪声、水动力噪声和设备机座机械噪声被有效抑制后,管路系统便成了"安静型"潜艇的主要噪声源,有效控制管路系统振动噪声是潜艇实现安静化的重要环节。主要介绍了振动噪声被动控制和主动控制在潜艇管路系统中的研究进展,针对振动噪声被动控制措施在低频场控制中存在的不足,以及主动控制技术的快速发展,探讨了未来潜艇管路系统振动噪声控制的发展趋势,提出了一些建议,以期为提高我国潜艇隐身性能提供一定的借鉴作用。     

基于无线传感网络的航道水下数据监测系统

航道水下数据采集和传输受到水下通信信道的多径干扰,导致数据监测的稳定性不好,提出一种基于无线传感器网络的航道水下数据监测系统设计方法。采用水下换能器基阵构建无线传感器网络,进行航道水下声纹数据、船舶辐射噪声数据以及海洋混响数据采集,采用局部总线技术进行监测数据的远程传输控制,采用TMS320C50 DSP芯片作为航道水下数据监测系统的核心处理芯片,进行航道水下数据的集成信息处理,监测系统的硬件设计分为无线传感器模块、数据滤波模块、中央控制模块以及总线模块,采用无线传感器网络进行数据监测系统的网络设计,实现水下航道数据流的多路复用、数据帧检测和上位机通信传输。测试结果表明,设计的数据监测系统能实现航道水下数据的准确采集和传输控制,数据稳定输出性能较好。