敷设声学覆盖层的标准潜艇低频目标强度分析

敷设声学覆盖层可以吸收入射声波并降低辐射噪声,是声隐身的常用手段。采用耦合有限元方法分析敷设声学覆盖层的标准潜艇收发合置低频目标强度,包括单壳体模型和双壳体模型。首先,建立声-壳-结构耦合有限元模型,并验证了模型的准确性。其次,分析了单壳体标准潜艇的目标强度,结果表明敷设声学覆盖层可以改变目标强度曲线的起伏特性,在某些频率点或入射角度,敷设声学覆盖层时的目标强度甚至比未敷设时更大。此外统计表明,敷设声学覆盖层可以略微降低平均目标强度。最后,分析了双壳体标准潜艇的目标强度,结果表明外壳敷设声学覆盖层可以改变目标强度曲线的起伏特性并且略微降低平均目标强度,而在此基础上再增加内壳声学覆盖层则几乎没有效果。     

基于参数等效法的敷设声学覆盖层的结构物水下低频声目标强度研究

采用参数等效方法计算了敷设声学覆盖层的结构物水下低频声目标强度。首先应用有限元模拟充水阻抗管的方法获取圆台型空腔声学覆盖层敷设在与计算模型具有相同厚度的钢材上的声反射系数;其次,根据参数等效前后反射系数相等的原理,利用遗传算法反演声学覆盖层的等效物理参数(杨氏模量、泊松比、损耗因子);最后将反演得到的等效参数应用于均匀阻尼层,获得模型的水下声目标强度,验证该方法的可行性。结果表明,该方法能有效且高效地获得敷设圆台型空腔声学覆盖层的结构物水下低频声目标强度。     

双层圆柱壳的抗冲击特性研究

为提高水下航行器的隐身性能,通常在其表面敷设各种声学覆盖层,由于声学覆盖层含有空腔的特殊结构形式,该结构形式在受到爆炸冲击波作用时,腔体将产生变形并吸收能量,从而改善水下航行器的抗冲击性能.文章基于ABAQUS软件,研究了敷设声学覆盖层的加筋双层圆柱壳结构的冲击特性,得到了敷设声学覆盖层的双层圆柱壳结构的抗冲击性能随声学覆盖层敷设方式及其结构形式的变化规律;并在此基础上,给出了兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计及性能参数的优化建议.     

敷设分层梯度声学覆盖层的加肋圆柱壳声辐射特性研究

单壳体潜艇敷设声学覆盖层应具有机械噪声、水动力噪声和声目标强度控制的多功能特性,为此需要解决两个基本问题：其一,提高机械噪声低频控制效果;其二,实现覆盖层的多功能兼容性。本文从降低机械激励壳体声辐射角度出发,采用模态叠加法,建立无限大理想水介质中分层梯度声学覆盖层与有限长加肋圆柱壳的声振耦合及声辐射模型,基于声学覆盖层模态传递函数特性,计算分析声学覆盖层分层梯度分布及厚度、层数等参数对加肋圆柱壳辐射噪声影响的特征和规律,给出分层梯度声学覆盖层的特征声阻抗渐变参数分布并与敷设均匀声学覆盖层降噪特性比较。研究结果表明：加肋圆柱壳敷设内层至外层声阻抗逐渐递增,各分层取慢波速的声学覆盖层,具有比均匀声学覆盖层更有效地降低外表面振动位移的特性,可明显增加降噪效果,并扩展低频降噪范围。声学覆盖层的优化应增加声阻抗的内分层失配和外分层适配的效应,有利于降低加肋圆柱壳低频声辐射,并可兼顾降低声目标强度。     

隔声去耦瓦抗冲击性能数值研究

在水下结构表面敷设隔声去耦材料是应用最广泛也是非常有效的一种提高水下航行器隐身性能的方法。但由于隔声去耦瓦含有空腔的特殊结构形式,该空腔结构形式在受到爆炸冲击波时,腔体将产生变形并吸收能量,这必然会对水下航行器的抗冲击性能产生影响。基于有限元法,通过改变敷设在结构表面的隔声去耦瓦性能参数（包括空腔结构形式、空腔尺寸及材料厚度等）,采用ABAQUS大型非线性动力学分析软件,对隔声去耦瓦空腔结构变形与冲击波能量吸收之间的关系进行了研究,得到了隔声去耦覆盖层空腔结构变形、速度及加速度与冲击波能量吸收之间的关系,并在此基础上,给出兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计建议。结果表明在声学覆盖层满足结构减振降噪要求情况下,建议尽量减小声学覆盖层的腔体形状。     

外层蒙皮加强充水气囊圆柱壳的声辐射

为降低充水加肋圆柱壳受内部点声源激励时的辐射噪声,在其外表面整体敷设了气囊式声学覆盖层。气囊式声学覆盖层由内外层橡胶蒙皮与内部充入的气体组成,并在外层蒙皮中嵌入一层较薄的铝质芯板或在外层蒙皮中嵌入等间距的钢丝环。采用声无限元法,计算敷设气囊式声学覆盖层的充水圆柱壳的水下辐射噪声,结果表明采用铝板加强外层蒙皮的气囊式声学覆盖层可以降低充水气囊圆柱壳的水下辐射噪声,而采用钢丝环加强外层蒙皮则不能够降低充水气囊圆柱壳的水下辐射噪声。     

外层蒙皮加强充水气囊圆柱壳的声辐射

为降低充水加肋圆柱壳受内部点声源激励时的辐射噪声,在其外表面整体敷设了气囊式声学覆盖层.气囊式声学覆盖层由内外层橡胶蒙皮与内部充入的气体组成,并在外层蒙皮中嵌入一层较薄的铝质芯板或在外层蒙皮中嵌入等间距的钢丝环.采用声无限元法,计算敷设气囊式声学覆盖层的充水圆柱壳的水下辐射噪声,结果表明采用铝板加强外层蒙皮的气囊式声学覆盖层可以降低充水气囊圆柱壳的水下辐射噪声,而采用钢丝环加强外层蒙皮则不能够降低充水气囊圆柱壳的水下辐射噪声.     

基于Kriging代理模型的水下目标模型几何参数识别方法

[目的]水下目标参数识别可为目标分类识别提供依据,为此,提出一种基于Kriging代理模型的水下目标参数识别方法。[方法]首先,对敷设声学覆盖层的水下目标模型在螺旋桨和主辅机激励情况下的结构表面低频振动声辐射与声辐射灵敏度进行分析;然后,基于分析结果建立低频声辐射功率代理模型,并基于该代理模型构造由低频声辐射响应特征和目标参数组成的样本空间;最后,基于所构建的样本空间,建立目标参数识别代理模型并选取测试点进行模型验证。[结果]结果显示,测试样本的实际目标参数值与所构建代理模型的目标参数预测值吻合良好;利用有限元法和边界元方法可以实现考虑阻尼材料频变特性的黏弹性阻尼结构的低频声辐射分析,并能解决商业软件无法大批量处理振动结果文件的问题;影响水下目标模型低频振动声辐射的主要目标参数为目标长度、最大半径、基层壳厚度和声学覆盖层厚度。[结论]基于Kriging代理模型的水下目标参数识别方法可以通过声辐射线谱特征准确预测水下目标模型的主要目标参数值。     

水下航行体振动与声辐射数值实验研究

基于有限元、边界元法,结合有限元计算软件ANSYS和声学软件SYSNOISE,对某水下航行体进行整体建模,对壳表面引发的声辐射噪声进行声压级预报,重点讨论激振力频率、激振点纵向位置变化对航行体艏、艉端以及中部声压的影响,结果表明应当采取有效减振降噪措施降低500 Hz范围以内的机械辐射噪声,主机位置变化对艏端点结构辐射噪声有重要影响,但并不是主机激振位置距艏端越远声压级就越小,而是有一个最佳的匹配位置。     

潜艇艏端耐压舱壁构型对声目标强度的影响

潜艇艏部目标强度偏大,影响潜艇的声隐蔽性。由目标强度贡献比例曲线发现,艏端耐压舱壁是潜艇艏部目标强度的主要来源。潜艇艏端耐压舱壁主要有(椭)球面和平面2种形状,声波自艏端入射时,刚性平面的目标强度显著高于有一定曲率的刚性椭球面的目标强度。建立了一系列具有不同曲率的椭球形艏端耐压舱壁模型,基于板块元方法分析了艏端目标强度随舱壁曲率的变化关系,并对结果进行对数拟合,再利用BEM数值方法对耐压壳体艏部近场回波进行仿真,得到散射声压云图。计算结果表明:耐压壳艏端舱壁采取椭球面构形能够减弱散射声场的指向性,从而显著降低目标强度(10 d B)。曲率大于一定程度时,艏端目标强度值趋于稳定。     

小水线面双体船下潜体局部强度分析

针对小水线面双体船特有的下潜体结构,运用MSC.Patran软件建立下潜体有限元模型,参考英国劳氏船级社特种船规范中的设计载荷,对下潜体典型部位三舱段模型进行计算分析,并考虑了破损工况下的下潜体局部强度问题。计算结果表明:下潜体各舱室破损状态下的应力比健康状态下大,且下潜体艏部和艉部目标舱的应力比舯部略大,各目标舱中强扶强材、纵桁、横框架和横舱壁是应力较大的结构,在设计和建造时应重点考虑。     

小水线面双体船下潜体局部强度分析研究

本文针对小水线面双体船特有的下潜体结构,运用MSC.Patran软件建立下潜体有限元模型,参考英国劳氏船级社特种船规范中的设计载荷,对下潜体典型部位三舱段模型进行计算分析,并考虑了破损工况下的下潜体局部强度问题。计算结果表明,下潜体各舱室破损状态下的应力比健康状态下大,且下潜体船艏和艉部目标舱的应力比舯部略大,各目标舱中强扶强材、纵桁、横框架和横舱壁是应力较大的结构,在设计和建造时应重点考虑。     

声学覆盖层对锥柱组合结构水下振动噪声的影响

基于统计能量法研究声学覆盖层对锥柱组合结构水下振动噪声的影响.研究结果表明,覆盖层敷设方式、结构损耗因子对声学覆盖层抑振降噪效果有较大影响,当声学覆盖层敷设在结构振动主导传递途径中时,其对传递途径下游结构的抑振效果较为明显,而对振源及传递途径上游结构的振动影响不大,且其抑振降噪效果随敷设密度的增加而增大;损耗因子较小时,声能将从未敷设区域“泄漏”出来,出现“声泄漏”现象,导致声学覆盖层降噪效果下降;随着损耗因子的不断增大,“声泄漏”现象逐渐得到缓解,但声学覆盖层抑振降噪效果有所下降.     

舷间液舱模型声振耦合特性及声辐射控制

水下航行体内部设备产生的振动能量通过舷间液舱侧板和舱内水介质两个途径的耦合和传递,在外场产生辐射噪声,成为机械噪声控制的一个短板。文中以舷间液舱外场声辐射控制为背景,采用解析方法建立了液舱结构振动与内外声场的声振耦合模型,计算分析了液舱侧板及液舱内部介质对振动传递和外场声辐射的影响,结果认为敷设声学覆盖层并减小液舱侧板材料刚度能够有效控制外场辐射声功率。文章为舷间液舱的"声短路"控制提供了新的思路。     

基于代理模型的水下航行体头型优化设计方法研究

文章采用Kriging代理模型技术针对水下航行体头型优化设计开展研究。采用CFD方法分析了不同头型水下航行体的流体动力性能,将性能参数作为初始样本建立代理模型;根据测试样本点的预测均方误差选择加点策略更新代理模型,提高代理模型预测精度;采用非劣分类遗传算法对阻力和表面压力开展多目标优化,寻找近似最优解。结果表明:基于代理模型技术的水下航行体头型多目标优化设计方法可以有效提高设计效率,获得具有良好水动特性的航行体头型。     

水下机器人近水面横摇运动的解耦控制

水下机器人在近水面低速航行时,为了有效克服海浪干扰的作用,提高水下机器人横摇控制的性能,依据解耦控制理论和零航速减摇鳍的工作原理,在水下机器人水平面运动耦合模型的基础上运用解耦控制方法进行横摇控制.该方法将水平面运动耦合模型分解为横荡、横摇和艏摇三个子系统进行分析,根据期望性能指标配置横摇子系统模型的极点,并将均方差最小线性递推滤波算法引入到状态信号的反馈通路中.通过对各种海情下水下机器人的横摇运动姿态进行仿真,结果表明:该解耦控制方法可应用于水下机器人近水面横摇运动的控制,其控制结果良好.     

声隐身超材料发展综述

随着声呐技术逐步实现低频探测等特点,声隐身技术的发展面临巨大挑战。声学超材料是一类具备超常物理特性的人工复合材料,可以实现小尺寸结构对大波长(低频)声波传播的抑制。从减隔振、吸隔声以及声目标强度3个方面分析声学超材料的特性,探讨声学超材料用于水下航行器声隐身的前景。与传统材料相比,声学超材料在降低水下航行器低频辐射噪声,牵引新型声隐身技术的发展方面有着广阔的应用前景。     

穿浪双体船中间艏平首结构的工程应用研究

穿浪双体船的中间艏采用平首结构,可以为驾驶员提供首部宽度参照,在航行或靠泊的操船过程中对水下片体进行保护。将常规双体船的平首结构应用到穿浪双体船中,形成一种国内特有的杂交穿浪双体船型,通过对穿浪双体船中间艏线型改型和模型的耐波性试验,结合平首结构的施工工艺设计和结构强度分析,解决了平首结构在穿浪双体船上的工程应用问题,为同类型穿浪船的研制提供了可借鉴的经验。     

基于亮点模型的水下目标近程回波仿真研究

水下尺度目标回声特性是水声学中的一个重要研究方向。该文首先介绍了尺度目标近程回波的多亮点模型,采用板块元算法计算亮点的目标强度,同时结合面元的反射强度值和照射区域计算亮点位置,最后以一段圆柱体目标和一个简单形状的组合体目标为研究对象,进行了计算机仿真。仿真结果较好地体现了目标的回波结构,表明采用亮点模型模拟目标回波对于分析水下尺度目标的声学特性具有一定的应用价值。     

基于被动声呐方程的水下航行器声学安全态势研究

针对水下航行器声探测效能定量评估需求,以被动声呐方程为基础,建立窄带水声探测模型,定量给出水下航行器辐射噪声声源级、海洋声场传播损失、海洋环境背景噪声级等声学安全态势评估输入参数,经信号处理得到了接收设备阵列响应。在此基础上,基于统计检测理论明确了水下目标探测距离,完成了水下目标安全态势分析。研究表明,水下航行器辐射噪声峰值线谱对声呐探测效能影响显著,峰值线谱的有效控制是优化水下航行器声学性能的关键。