论声呐方程中的声源级与自噪声级

本文从声呐方程出发，论述了舰艇降噪的核心是控制声呐方程声源级与自噪声级。通过声呐方程预估舰艇降噪后的声源级与自噪垢级降低，提高了舰艇隐蔽性和本艇声呐作用距离，获得了缩短水中兵器作战半径的战术效果，使打击威力提高。     

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。     

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。     

基于径向基函数神经网络的舰艇声呐部位自噪声预报

径向基函数神经网络具有学习速度较快,函数逼近能力强的特点.文章分析了影响声呐部位自噪声的各种声源参数,以舰艇声呐部位自噪声作为目标函数,将径向基函数神经网络用于舰艇声纳部位自噪声预报.利用舰艇声呐实测数据进行网络训练,训练好的神经网络可以对舰艇声呐部位自噪声进行精确预报.     

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.     

加肋透声窗水动力自噪声的数值/解析混合计算方法研究

针对声呐透声窗薄壳加肋结构声学优化设计,将声呐部位简化为弹性矩形板和矩形腔组成的规则模型,采用结构有限元方法求解结构模态振动,并采用近似结构模态函数计算外场Rayleigh积分方程,采用模态解析方法求解声腔内部声场,建立声振耦合方程,进一步考虑湍流边界层脉动压力的时空随机激励特性,形成数值/解析混合的声呐水动力自噪声快速计算方法。以弹性平板为例计算声呐舱的水动力自噪声,并与理论解析法比较,验证本方法的准确性。计算了垂向肋骨的间距对声呐部位水动力自噪声的影响,研究结果表明：在保证声呐透声窗强度要求的前提上,减少垂向肋骨数量,扩大垂向肋骨间距,有利于降低流激水动力自噪声。     

水下爆炸声源对抗低频声呐干扰效果研究

在分析水下爆炸声源声学特性的基础上,研究了水下爆炸噪声对低频被动声呐的对抗机理,以圆柱形基阵为例,对不同水声干扰弹装药量、干扰弹到潜艇距离以及海况等级条件下对声呐主瓣、旁瓣的压制干扰效果进行仿真分析。结果表明,与传统噪声干扰器相比,水下爆炸声源对声呐的干扰效果更为明显,能显著降低声呐的探测距离,可为己方舰艇的机动规避和后续对抗创造有利条件。     

水下爆炸声源对抗低频声呐干扰效果研究

在分析水下爆炸声源声学特性的基础上,研究了水下爆炸噪声对低频被动声呐的对抗机理,以圆柱形基阵为例,对不同水声干扰弹装药量、干扰弹到潜艇距离以及海况等级条件下对声呐主瓣、旁瓣的压制干扰效果进行仿真分析。结果表明,与传统噪声干扰器相比,水下爆炸声源对声呐的干扰效果更为明显,能显著降低声呐的探测距离,可为己方舰艇的机动规避和后续对抗创造有利条件。     

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。     

随机面激励的非规则声腔自噪声计算方法研究

舰船声呐罩以及舱室、车厢等常见的非规则声腔受湍流边界层脉动压力随机面激励产生的水(气)动力噪声,已经或将成为声呐自噪声和舱室噪声的主要成因。文中以一个非规则形状的三维声腔为例,考虑声腔结构振动与内外声场的耦合,采用虚拟膜技术和集成模态法以及功率谱密度概念,建立了声腔受湍流边界层脉动压力随机面激励的自噪声计算模型和方法。数值计算分析表明:虚拟膜技术和集成模态法可用于舰船声呐罩以及列车和汽车车厢等非规则声腔自噪声计算的声学建模,预报声腔内部水动力噪声或气动力噪声的低中频分量,具有数值方法能够模拟复杂形状声腔和解析方法相应的声振耦合方程维数少的优点。     

神经网络算法在舰船声呐设备自噪声预报的应用

舰船声呐设备利用声波在水下的传播特性,将采集的声音信号转换为电信号,从而确定水下目标的位置信息、速度信息和形态信息等,是舰船上重要的水声学探测装置。在舰船声呐的正常工作中,噪声信号会对声呐的探测和目标定位精度产生不利影响,常见的噪声源包括舰船螺旋桨噪声、舰船机械噪声、声呐设备自噪声等。本文主要研究舰船声呐设备的自噪声频段分布和形成原理,利用神经网络算法对声呐设备自噪声预报技术进行研究,该研究对改善舰船声呐设备的探测水平、提高声呐采集信号的信噪比、降低声呐设备自噪声等有重要意义。     

基于涡声理论的水下射流噪声预报

湍流噪声是潜艇重要的水下噪声源.以水下自由湍射流为例,探讨其噪声机理和预报方法,构造了Powell涡声理论和CFD方法相结合的算法.首先讨论了Powell涡声方程和Howe的涡声方程的解法;作为算例,用CFD软件FLUENT中标准k-ε计算湍射流场,以此作为近场声源;随后,运用Powell涡声和Howe的涡声方程理论对远场噪声谱进行预估,给出了辐射噪声指向性比较,并分析了自由射流场声辐射机理.     

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。     

多波束声呐声学参数校准系统设计

依据水声计量测试原理与方法,设计了一套多波束声呐声学关键参数的计量校准系统。利用多维运行控制装置,在消声水池中对多波束声呐进行了声源级、工作频率、波束宽度、脉冲宽度等声学指标的校准。阐述了校准系统的主要组成、计量器具控制和校准方法。实现了在等效自由场、远场中对水下声呐换能器位置的精确控制、声信号采集与分析等功能。通过不确定度评定,给出了该校准系统工作频率、波束宽度测量结果的扩展不确定度。通过参考值与标称值比对,求得被检多波束声呐声源级误差小于0.7 dB,工作频率误差小于0.03%,脉宽误差小于2%,波束宽度误差小于10%。     

潜艇噪声水平对声呐探测性能影响分析

论述了潜艇噪声水平对敌方和我方被动声呐探测距离的影响,给出了声呐工作在1 kHz时,本艇辐射噪声降低导致敌方被动声呐作用距离降低变化关系曲线,及本艇自噪声降低对我方声呐被动探测作用距离提升之间的变化关系曲线.分析结果表明,降低本艇的辐射噪声,可以降低敌方声呐的探测距离,从而增强我方潜艇的隐蔽性;当声呐平台噪声大于海洋环境噪声时,降低本艇的自噪声可提高我方潜艇被动声呐的探测距离,从而提高我方潜艇的先敌发现能力.     

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。     

船舶声呐部位自噪声的预报方法及其控制技术

本文简要地分析了舰船艏部声呐罩内自噪声的特征，比较全面地综述了艏部声呐和舷侧阵声呐自噪声的预报方法，内容包括弹性平板——矩形腔模型、半解析半试验方法、统计能量法和波数法；同时综述了声呐自噪声的控制技术，内容包括艏部声呐罩线形的低噪声设计方法、声呐罩结构和材料的低噪声设计技术、舷侧阵柔性涂复层技术以及水下声障板设计技术。     

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.     

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。     

拖曳声呐拖缆振动自噪声的建模

拖曳声呐线列阵在甚低频区的自噪声性能主要由拖缆振动噪声决定，对噪声源正确建模非常重要。数学模型旨在考察在拖曳声呐线列阵头部施加一个已知位移所造成的影响。结合能量沿声呐线列阵的衰减、接合部位的散射等情况，可计算出由给定位移在各水听器上产生的声压。利用从线列阵头部的加速计数据，就可按照规定的比例计算声压值，给出所预测声压大小，从而得到预测的自噪声级。该模型可用来测试和优化声呐线列阵的配置设计。