基于粒子群遗传搜索算法的水下结构内部激励力源识别

文章针对水下弹性结构,提出一种识别结构内部激励力源的匹配场处理方法及基于结构辐射声场的广义拷贝场概念,并提出采用粒子群遗传融合搜索算法对最优力源强度进行匹配搜索。以水下自由声场中的单层圆柱壳体为研究对象,采用数值计算方法建立了结构辐射声场传递函数拷贝场,并对匹配搜索算法进行了数值仿真分析。在消声水池中进行了水下单层圆柱壳体辐射声场测试,将测试结果与拷贝场进行了匹配处理。仿真结果与试验结果均表明,这种力源识别匹配场处理方法可以有效地针对结构内部的力源强度进行分析排序,利用匹配识别的结果进行辐射噪声预报时,预报精度很高。     

基于粒子群遗传搜索算法的水下结构内部激励力源识别（英文）

文章针对水下弹性结构,提出一种识别结构内部激励力源的匹配场处理方法及基于结构辐射声场的广义拷贝场概念,并提出采用粒子群遗传融合搜索算法对最优力源强度进行匹配搜索。以水下自由声场中的单层圆柱壳体为研究对象,采用数值计算方法建立了结构辐射声场传递函数拷贝场,并对匹配搜索算法进行了数值仿真分析。在消声水池中进行了水下单层圆柱壳体辐射声场测试,将测试结果与拷贝场进行了匹配处理。仿真结果与试验结果均表明,这种力源识别匹配场处理方法可以有效地针对结构内部的力源强度进行分析排序,利用匹配识别的结果进行辐射噪声预报时,预报精度很高。     

舰船低频噪声声场分布的有限元仿真研究

舰船的低频噪声主要来源于机械噪声和螺旋桨噪声,噪声会大大降低舰船和螺旋桨的隐蔽特性,降低作战能力,因此,有必要针对舰船和潜艇的低频噪声声场进行研究与分析,实现降噪、抑制噪声的目的。本文在进行舰船低频噪声声场仿真分析时,采用应用范围非常广的Sysnoise软件,通过建立舰船噪声声场的有限元模型、边界条件、声场特征参数等,完成舰船低频噪声的仿真。     

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。     

基于矢量水听器浅海波导中海面噪声场的空间特性研究

矢量水听器能够同时测量声场的声压p（t）和振速的3个正交分量vx（t）,vy（t）,vz（t）。本文以射线理论为基础,不考虑声线间的相互干涉,将Harrison的噪声场声压相干模型扩展至声压和振速间的相干模型,对基于矢量水听器浅海波导中的海面噪声场的空间特性进行了研究。结果表明,在浅海波导中,海面噪声场的声压p（t）和振速垂直分量vz（t）是强相干的,与振速水平分量vx（t）和vy（t）是不相干的;声速分布对海面噪声场垂直相干特性影响较为明显;海面噪声场的声压和振速的噪声级与声速分布具有较强的相关性。     

一种基于单阵元阶梯变深的目标被动定位方法

传统的匹配场被动定位方法往往采用垂直阵列对声场进行采样,这限制了匹配场被动定位技术的应用。该文提出一种基于单阵元阶梯变深的目标被动定位方法,为水声目标被动定位提出一种全新的思路。在稳定噪声信号的条件之下,从测量场估计方面入手,以单阵元放置于不同深度等效为一垂直阵列,从而获得不同深度目标的非时间同步声场数据,通过补偿数据的相位,进而对测量场进行估计,然后利用等效垂直阵列的测量场结合匹配场原理,给出目标的位置。仿真以及实测数据均表明,通过单阵元阶梯变深的方式可以实现目标的正确定位。     

有限复合阻尼结构板的随机激励振动与声辐射的研究

本文发展了文献中复合板振动的理论方法,应用模态分析法和富氏变换导出了水下镶在无限大阻抗障板上的矩形复合层板在有限带宽噪声激励下的振动及辐射声场关系式。数值计算比较了不同阻抗障板情况下振动模态间的耦合系数随kl的变化(k为波数,l为方板的边长),说明不同阻抗障板对析的振动和辐射声场的影响。还计算了两种复合板和单层钢板在不同中心频率的有限带噪声激励下的加速度及声压的均方频带谱级。在水池中对复合板及单层钢板的随机振动和噪声场进行了试验测量。理论计算与实验结果比较表明,两种复合板都具有减振降噪效果。     

泵喷推进器导管对噪声传播特性的影响

对泵喷推进器导管内外声场采用有限元方法进行了建模及计算,无限远场采用无限元技术进行建模,在考虑声振耦合的条件下,在频率域内从测量点频谱、特征频率声场及噪声指向性等方面分析了特定噪声源下导管对噪声的传播影响。研究表明,导管对低频噪声无明显影响,对较高频噪声能改变其声场指向性及降低其声压级。本文研究成果对进一步进行导管声学设计具有重要指导意义。     

水筒噪声测量方法的改进

水筒是研究水动力噪声的主要设备之一,但由于测量方法的不完善,大大限制了水动力噪声测量结果的可信度。本文比较了现在常用的几种水筒噪声测量方法,分析了其存在的缺点,提出了水筒噪声测量的改进方法——混响箱法,即将水筒的实验段包围在一个较大的水箱内,测出箱内均方声压的空间平均值,经箱内声场的严格校准,计算出被测噪声源的辐射声功率或噪声源自由场中等效无指向声源级。     

一种改进的匹配干涉场被动定位方法

匹配干涉场被动定位方法具有较好的宽容性,对声场参数建模误差要求较低,但当声场失配程度较高,或目标信号信噪比较低时,基于干涉场结构匹配的相关峰值不明显,使得匹配性能降低。因此,在原始的匹配干涉场的基础上提出了一种基于Radon变换的改进方法,利用Radon变换对拷贝声场的干涉结构和实际声场的精细干涉结构进行图像处理后再对其作相关处理。仿真和实验数据表明,经此改进后,即使是在建模声场存在一定失配的条件下,在匹配相关峰值提高的同时,旁瓣也能得到有效抑制,能够有效地改进匹配干涉场的被动定位效果。     

深海海山周围航船噪声建模与特性研究

本文以抛物方程模型为基础,结合声场的互易性,提出一种深海低频航船噪声建模方法,该方法将声源与接收点位置互换,大大降低了声场计算的运行次数和运行时间,基于该方法对深海海山周围的航船噪声进行计算和分析。研究结果表明:海山对声传播损失的影响取决于接收阵元与海山的位置关系以及海山的几何参数。由于海山的遮挡作用,海山附近航船噪声的水平指向性具有不均匀性,在有海山遮挡的方向噪声级明显低于无海山遮挡的方向,海山附近航船噪声的垂直指向性会出现多个峰值。此外,单个尖峰海山的遮挡对接收阵元处的航船噪声总级影响较小。     

水面舰船粘性流场和流噪声的数值计算

[目的]水面舰船周围因非定常流动引起的流噪声问题是舰船声隐身设计技术的难点,自由液面的存在使之不同于潜艇水动力噪声计算。为解决这一问题,[方法]采用流体体积(VOF)法结合SST k-ω湍流模型计算船体外非定常流场,赋予自由液面空气声阻抗来模拟吸声边界。将船体表面脉动压力作为流噪声声源,应用声学有限元法计算水面舰船的水下辐射噪声。[结果]计算所得结果与实验值吻合良好,表明噪声源主要集中在船艏兴波处。[结论]所得结果表明所用计算方法可以较准确地模拟水面舰船的流场与声场,对水面舰船声隐身设计具有参考价值。     

深海海山周围航船噪声建模与特性研究

本文以抛物方程模型为基础,结合声场的互易性,提出一种深海低频航船噪声建模方法,该方法将声源与接收点位置互换,大大降低了声场计算的运行次数和运行时间,基于该方法对深海海山周围的航船噪声进行计算和分析.研究结果表明:海山对声传播损失的影响取决于接收阵元与海山的位置关系以及海山的几何参数.由于海山的遮挡作用,海山附近航船噪声的水平指向性具有不均匀性,在有海山遮挡的方向噪声级明显低于无海山遮挡的方向,海山附近航船噪声的垂直指向性会出现多个峰值.此外,单个尖峰海山的遮挡对接收阵元处的航船噪声总级影响较小.     

船舶辐射噪声主动模拟技术研究

本文在简要分析船舶辐射噪声时域特征与频域特征的基础上，指出了宽带随机声辐射的难点与解决办法，系统地论述了声场功率谱控制的原理、反馈控制方式和多频段控制技术，介绍了船舶辐射噪声特征提取与模型变换方法及参考谱建库要点，提出了模拟器的实现方案，并通过声场谱图验证了模拟效果。     

艇桨一体的螺旋桨激振力和水动力噪声数值预报

[目的]螺旋桨噪声和水动力噪声是潜艇噪声控制的重点和难点,因此有必要开展艇桨一体的螺旋桨激振力和水动力噪声预报研究。[方法]以SUBOFF潜艇和DTMB 4383桨为计算对象,结合大涡模拟湍流模型和无限元方法,分析潜艇非均匀伴流场中螺旋桨激振力的变化规律,以及螺旋桨对潜艇表面压力场的影响。采用ACTRAN声学计算软件对艇桨一体的水动力噪声性能进行数值预报。[结果]计算结果表明:螺旋桨激振力的各个分量具有相同的脉动频率,脉动峰值以一阶叶频处为主,同时水平力脉动和垂直力脉动大于推力脉动;潜艇艏部、指挥台、艉翼及螺旋桨叶梢部位均存在局部高压区,这是水动力噪声的主要贡献点;艇桨一体的水动力噪声主要集中在低频段,随着频率的增加,其蝶形分布更加明显;与无桨全附体潜艇相比,带桨潜艇特征点的声压值急剧增加,对其辐射声场的影响较大。[结论]研究成果可为艇桨一体的螺旋桨设计提供参考建议。     

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。     

活塞侧向力作用的船用柴油机噪声预报方法

为解决柴油机振动噪声精确预报方法问题,建立了TBD234V8柴油机机体和油底壳的有限元模型,用模态试验验证了此模型的可靠性,在有限元模型上施加活塞侧向力,进行结构的时域动力学分析,并应用有限元和无限元结合的方法计算模型的辐射声场。在此基础上,对结构进行改进设计,比较了两种结构的机体外声场辐射噪声改变情况。本文提出的分析方法较频域方法与实际工作过程更贴切,可以用于柴油机振动噪声预报。     

不同舵角的舵翼结构涡量及流噪声特性分析

以梯形舵翼结构为研究对象,采用CFD大涡模拟及Lighthill声类比理论对不同舵角下舵翼结构的流场和声场进行数值预报,分析其涡量特性及流噪声特性。结果表明:来流速度相同时,随着舵角的增大,涡系越来越复杂,涡量及流噪声也随之增大;涡系主要集中在稳定翼的导边、舵翼的尾缘及舵与稳定翼之间;舵翼结构流噪声的声压级频谱频带较宽,无明显的主频率出现;低频时声压级幅值较大,并且随着频率升高而持续下降;舵翼尾缘及稳定翼导边前缘的声场强度比翼型两侧的声场强度大,这也和流场涡量分析结果一致,进而说明了涡流是产生流噪声的根本原因。     

亥姆霍次定理在舰船空气声场中的应用

舰船噪声能够破坏舰船的隐蔽性,在舰船航行过程中存在安全隐患。在舰船制造和设计领域,如何有效降低舰船噪声是人们研究的重点和难点。随着计算机技术和数值分析技术的快速发展,利用数学建模对船舶空气声场进行分析和研究,能够有效节省船舶设计的时间成本,提高舰船建造的效率。本文对舰船空气声场产生的原因进行了深入研究,基于亥姆霍次定理对舰船空气声场进行了建模。     

小型高速艇舱段模型减振降噪研究

本文给出了小型高速艇舱段模型在混响声场及激励条件下实施综合减振降噪方案后的效果。实艇实践证明，其舱室噪声级与９０年代初美国海岸警备队高速艇（在相同工况条件下）的舱室噪声级相当。