水下航行器水动力噪声分离预报

近年来,水下航行器的声隐蔽性受到广泛关注,而有关其水动力噪声的研究却较少。将水动力噪声分为壳体流噪声、壳体流激振动噪声、螺旋桨流噪声和螺旋桨流激振动噪声4类,采用大涡模拟(LES)结合Light-hill声类比混合计算方法,对水下航行器的水动力噪声进行分离预报。首先,采用已有文献数据验证该混合声学计算方法的有效性。随后,对水下航行器壳体和螺旋桨三维流场的流噪声和流激振动噪声进行数值模拟和分析。结果表明,4类噪声均与速度呈非线性关系。在上游段,螺旋桨流激振动噪声为主要噪声;在下游段,壳体流噪声所占比例最大。在低速时,由壳体激发的水动力噪声是主要噪声;随着航速的增大,由螺旋桨激发的水动力噪声占总噪声的比例逐渐增加;总体水动力噪声能量随航速的增大而增大。     

水下航行结构的建模与振动分析

建立水下航行结构动力装置的振动模型是水下航行结构产航噪声预报的关键。以某水下航行结构模型为对象,利用有限元方法建立其动力装置与壳体的振动分析模型,计算得到各阶模态参数。并且应用试验模态分析的方法,对计算结果进行了验证,在此基础上分析了水下航行结构的发动机振动的传递,探讨了从结构和材料的角度减少动力装置振动噪声的途径。     

环肋圆柱壳径向挠度测试新方法

对水下航行器加肋圆柱壳的受力及挠度变形规律进行研究,提出一个利用应变作为媒介测试服役中水下航行器壳板挠度的新方法。该方法通过在圆柱壳周向布置若干个应变传感器,即可由壳体应变获得壳体的径向挠度。设计验证挠度测试新方法的数值试验模型及方法,应用经典解析理论验证了数值试验模型的可靠性及方法的适用性;利用数值试验模型对所提出的挠度测试新方法进行"数值试验"验证。结果表明,利用该方法获得的目标数据具有较好的精度,能克服当前船厂常用挠度测试方法仅能在船台操作、需固定基准点和测量精度较低的局限性,特别适用于服役中水下航行器结构健康监测、安全评估所需的在线挠度测试。     

锥柱组合结构振动声辐射特性研究

针对水下航行器尾部结构振动声辐射控制难题,以锥柱组合结构为研究对象,开展水下航行器尾部结构振动声辐射特性研究。首先,基于声固耦合方法,计及流体负载的影响,建立结构振动声辐射评估模型;在此基础上,开展垂向激励力作用下锥柱组合结构振动声辐射特性研究,探究舱壁、环肋和纵向加强筋等结构形式对锥柱组合结构振动声辐射的影响规律。研究表明,1～400 Hz频段,在激励位置附近增设舱壁、适当增加环肋数目可改变结构频谱特性,并有效降低幅值响应,而增设纵向加强筋对结构振动声辐射特性影响不大。     

环肋和舱壁结构对水下圆柱壳输入功率流的影响

水下环肋和舱壁加强圆柱壳是潜艇、鱼雷和各种水下航行器的主要结构，对其振动声特性的研究具有重要意义。基于Flügge方程和Helmhohz方程，考虑了肋骨、舱壁与壳体的4种作用力和力矩，利用周期结构理论的空间简谐分析方法，探讨了不同环肋参数和舱壁参数对圆柱壳受激振动输入功率流的影响，可为此类结构的工程设计提供参考。     

声激励水下旋转壳体振动和声辐射的数值预报

本文将有限元加边界元——修正的模态分解法推广到对水下任意形旋转壳体在近场声源激励下振动和声辐射的数值预报问题。以长短轴比为2:1的水下椭球薄壳的声激励问题为例进行了具体计算,其中声源为置在椭球壳端部附近轴线上的单极子或偶极子型点声源。给出了椭球壳弹性振动的辐射声和总辐射声的指向性计算结果,并与把椭球壳作为刚性体的计算结果进行比较。结果表明:在总声场指向性的预报中,如果不考虑椭球壳弹性振动产生的辐射声将会导致大的误差,特别当激励源频率在壳体的谐振频率附近时,壳体辐射声对声场的贡献远远大于声源本身的贡献。     

水下航行器壳体结构参数对隔振的影响

利用波动法分析水下航行器壳体各参数(壳体壁厚、筋板宽度、筋板个数和筋板高度)对壳体频率的影响,同时利用有限元法研究水下航行器壳体刚度对整机隔振的影响,并加以分析。     

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。     

壳体结构水下辐射噪声FEM/BEM计算

圆柱壳体结构水下辐射噪声计算对于水下航行器设计具有重要的意义。本文基于壳体结构与周围流体介质的耦合作用,建立壳体结构的FEM/BEM数学模型。在理论基础上,利用有限元软件MSC.Nastran建立壳体结构有限元模型并进行修正,并利用声学计算软件LMS Virtual.Lab Acoustic进行辐射噪声计算。本文的方法为预测水下结构辐射噪声提供了一个典型的实例。     

动力舱段基座至壳体的振动特性研究

为研究水下航行器动力舱段内不同类型基座至壳体结构的振动传递特性,在动力舱段壳体、舱壁及平台设计了基座A、基座B和基座C。采用有限元仿真预报和实验验证相结合的方法,研究动力舱段壳体的振动模态和基座至壳体表面的振动传递特性。在某型空压机振动源激励条件下,以振级落差为评价指标,预报不同基座刚度参数对壳体表面振动响应的影响,结果表明适当增大基座的刚度可以减小设备振动至壳体的传递,研究结果对动力舱段基座结构的声学设计有参考价值。     

一种新型橡胶软管减振效果试验分析

水下航行器海水泵在工作时会产生强烈的振动并通过管路传递到航行器壳体。过大的振动不仅会影响航行器的正常工作,也会降低航行器的隐身性。为降低海水泵振动向壳体的传递,设计由芳纶纤维编织的氢化丁腈橡胶制成的新型橡胶软管。在不同系统运行工况条件下,将刚性管路和该橡胶软管进行试验对比。结果表明,新设计的橡胶软管具有良好的减振隔振性能。与刚性管路相比,该橡胶软管可以明显衰减海水泵向壳体的振动传递,具有较好的工程应用前景。     

一种新型橡胶软管减振效果试验分析

水下航行器海水泵在工作时会产生强烈的振动并通过管路传递到航行器壳体。过大的振动不仅会影响航行器的正常工作,也会降低航行器的隐身性。为降低海水泵振动向壳体的传递,设计由芳纶纤维编织的氢化丁腈橡胶制成的新型橡胶软管。在不同系统运行工况条件下,将刚性管路和该橡胶软管进行试验对比。结果表明,新设计的橡胶软管具有良好的减振隔振性能。与刚性管路相比,该橡胶软管可以明显衰减海水泵向壳体的振动传递,具有较好的工程应用前景。     

运用统计能量法研究壳体的振动与声辐射特性

应用统计能量分析建立了水下壳体的统计能量分析模型,结合算例研究了水下壳体的高频振动与声辐射特性,得出了一些有用的结论.事实表明该方法能有效地应用在水下壳体结构的振动与声辐射特性分析上,具有较强的工程适用性和可操作性.     

舷侧阵振动噪声高波数特性分析

舷侧阵是一种安装在水下航行器两舷的声呐基阵.舷侧阵充分利用载体尺度以增大基阵孔径,降低基阵的工作频率,提高基阵的探测性能.舷侧阵直接安装在水下航行器壳体上,振动噪声是其主要的噪声干扰,有效抑制振动噪声是提高舷侧阵探测能力的基础.本文通过实验研究,验证了舷侧阵振动噪声的能量主要集中在高波数区,其峰值位于壳体弯曲波数.在此基础上,建立了舷侧阵振动噪声波数频率谱模型,为舷侧阵振动噪声抑制方法研究提供了模型支持.     

水下航行器推进器-轴系-壳体系统声振特性研究

本文针对尺度相对较小的水下航行器,建立了推进器-轴系-壳体系统动力学模型。运用三维声弹性理论和三维水弹性声学分析软件,计算了典型激励力作用下系统的振动特性,得到了推进器-轴系-壳体系统在螺旋桨和轴上纵向和横向非定常单位激励力作用下的声辐射规律。     

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。     

水下航行体纵向振动特性分析

对具有双层壳体结构的潜艇状水下航行体的纵向振动特性进行了研究。采用有限元方法计算了纵向振动湿模态的固有频率和振型，发现该水下航行体内层壳板具有两种典型的纵向总振动振型：“振动节面振型”和“错动块振型”，而外层壳板以局部振动为主。     

水下航行器固有频率模型的可靠性分析

使用有限元模型进行仿真分析已在我国船舶行业中得到了广泛的应用,但是对有限元模型可靠性的研究较少。针对水下航行器结构,将振动频率的试验结果是否处于有限元模型计算的预报区间内作为标准,判断有限元模型的可靠性。基于设计参数型的有限元模型修正和确认方法,以水下航行器结构振动频率为响应特征,建立有限元的响应面模型,使用蒙特卡罗模拟和核密度估计预报水下航行器前四阶模态频率的区间估计和概率密度函数,通过比较试验结果和区间估计判断水下航行器有限元模型的可靠性。     

刚性阻振降噪技术的应用研究及发展

综述了刚性阻振降噪技术的研究概况,包括声振动在不连续突变结构中传播特性以及阻振质量块的应用研究现状,并首次阐述了阻振质量块在水下复杂双壳减振降噪中的应用,结果表明阻振质量块在中高频段能有效降低壳体的振动及声辐射,为刚性阻振技术的实艇应用提供了研究基础.最后展望了刚性阻抗失配减振技术在实际水下航行结构中的发展趋势.     

舰艇结构水下振动和声辐射特性研究

以舰艇结构振动与噪声预报为研究背景,采用有限元和边界元相结合的方法研究水下航行器的振动和声辐射特性,提出对流固耦合界面、流场边界的处理方法,并采用模态试验对理论计算模型进行修正;通过对实验及计算结果的分析,探索了流体、圆柱形壳体、动力装置和隔振器组成的流固耦合体的动力学特性,为舰艇结构声学设计提供了参考.