基于最小化振速重构误差的等效源分布优化方法研究

针对波叠加法计算声场存在的预报精度受等效源分布位置及计算频率影响的问题,研究了使用预报的声压逆向求解结构边界法向振速时存在振速重构误差的问题,推导了声压预报误差与振速重构误差之间的解析关系,研究发现减小振速重构误差能够降低声场预报误差.为提高波叠加法的声场计算精度,提出了一种基于最小化振速重构误差优化确定等效源位置分布的方法,并设计了一种频率阈值准则来确定一定数量等效源所适用的计算频率范围.通过数值仿真和试验对所提方法进行了验证,结果表明所提方法能够有效降低声场预报误差,可用于实际声场计算.     

水下圆柱舱段模型耦合噪声源识别及空间声场定位研究

为有效实现水下圆柱舱段模型耦合振动噪声源识别及空间声场定位,本文首先给出离散化柱面近场声全息(NAH)的频域计算方法,重建任意声场空间的声压或振速,并剖析该方法存在无法实现单个振源的声场重建等不足;然后,提出基于系统辨识(SI)思想的工况传递路径分析(OTPA)方法(即SIOTPA法)解决振源间的交叉耦合问题,并实现耦合振动噪声源及其传递路径识别;随后,将柱面NAH方法与SIOTPA法进行有效的集成和融合,形成一种适用于耦合声源识别、声场可视化定位和预报的SIOTPA-NAH方法;最后,以水下圆柱舱段模型振动-声辐射数值仿真分析和消声水池试验为基础,验证了给出的SIOTPA-NAH方法能够有效地实现水下圆柱舱段模型内部耦合振动源识别、振源贡献量排序及声场可视化定位,并能准确实现单个振源的空间声场预报.     

结构体振动及水下声场理论研究

针对水下复杂结构表面振动及其辐射噪声问题,以矩形平板为模型,结合格林函数法和Helmholtz微分方程及其边界条件,详细推导结构体表面法向振动速度和远场声压响应的表达公式,证明表面各点振动与辐射声场之间的内在联系。根据结构振动模态的叠加特性,从数学分析角度证明其与声场分布模态之间的对应关系;基于极小范数解理论,讨论声场的重构,并对其进行验证。     

水下扁平阻抗结构衍射声场建模与计算

运用一致性几何衍射理论对水下扁平阻抗结构的衍射声场计算进行了理论建模与分析,并通过数值仿真讨论分析了水下扁平结构衍射声场分布与不同衍射类型、收发方式、结构表面阻抗特性、入射声波性质等几何特性和声学特性间的影响关系.其中,首次考虑了尖端衍射贡献影响,并重点分析了尖端衍射和结构表面阻抗特性在不同条件下对总的衍射声场作用规律和影响程度等.最后为验证上述理论模型和计算方法的正确性和可靠性,还与水下钢板散射声场分布实验测试结果进行了对比分析.研究结果表明:(1)考虑尖端衍射贡献影响使得上述模型更加完整,计算精度得到有效提高,且尖端衍射影响程度与入射声波频率、收发张角、结构表面阻抗特性以及声源、接收场点和结构的空间相对几何位置等因素有关;(2)结构两侧表面阻抗特性的影响规律和程度存在差异.其中,面向声源一侧的结构表面复反射系数幅值和背向声源一侧结构表面的复反射系数相角对结构衍射声场分布强度的影响尤为明显.这些对水下目标强度估计、自由场材料声学测试和衍射效应抑制技术研究等具有理论指导意义和工程应用价值.     

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。     

基于l1范数稀疏解的水下双层圆柱壳振动声辐射预报影响因素研究

基于模态叠加法理论,采用l1范数稀疏解方法,实现了水下双层圆柱壳由内壳有限测点振速值重构得到内、外壳振速空间分布,进而基于边界元理论对结构水下辐射声场进行预报。通过数值计算,分析了模态数目、测点数目和模态振型误差等因素对振动声辐射预报结果的影响,为指导速度场重构时模态数目、测点数目的选取提供了一定的理论依据;结果表明基于l1范数稀疏解声学预报方法对模态振型误差有一定的鲁棒性。最后开展了水下典型双层圆柱壳结构振动声辐射预报的试验研究,可为工程领域结构的声振预报提供一定的指导思路。     

基于辐射声场预报的圆柱壳表面空间采样研究

无限流体介质中振动结构的辐射声场可以由其表面振速分布唯一地确定,而且表面振速相对于其它物理量而言更容易被可靠测量.然而,必须谨慎选择表面振速的空间采样间隔,以确保预报声场精度较高,同时预报系统负担较小.文中讨论了简支圆柱壳表面振速的空间采样问题,将采样间隔与预报误差之间的关系简化为一个数学问题,其中周向采样问题与轴向采样问题可以分离、单独研究.总结了在指定预报精度范围内表面振速空间采样的有关规律:轴向采样点数取决于轴向模态阶次以及一个无因次量;周向方向采样点数主要取决于周向模态阶次以及另一个无因次量.对于周向模态有限的情况,周向采样点数仅取决于周向模态的最高阶次.     

声源近距离矢量相位特性研究

声源近距离的声压、振速和声能流是极其复杂的,对其进行理论及实验研究是矢量水听器应用于复杂声场的基础.首先对相干平面波叠加声场、同相点源干涉声场和驻波场的声能流进行了分析,得到了对声源近距离声场矢量特性物理规律的描述;其次推导和分析了干涉声场的有功声强旋度和无功声强散度与介质运动轨迹、声压振速相位差及能量转化规律之间的关...     

基于声矢量传感器阵的相干源高分辨方位估计

声矢量传感器能同时共点获得声场中声压、振速信息及更多的信息量,具有很好的应用前景.研究了声矢量传感器阵方位估计的多重信号分类(MUSIC)算法,并在此基础上推导了基于空间前向平滑算法的声矢量传感器阵相干源方位估计的方法.采用该方法可以有效地对相干源进行方位估计,同时综合利用声压、振速信息可以实现信号源方位360°无模糊估计,计算机仿真表明该方法具有较好的方位估计性能.     

相位共轭阵列及其形成的相位共轭声场

相位共轭法可实现声波反向传播和自适应聚焦,用于声源成像。从理论的角度梳理分析基于测量声压使用单极子源(PC/M)、基于测量声压梯度使用偶极子源(PC/D)、基于测量声压和质点速度使用单极子源和偶极子源(PC/P)这3种相位共轭阵列及其形成的相位共轭声场之间的关系,以及PC/P相位共轭声场与源声场的关系。从倏逝波和传播波角度给出上述3种阵列能否突破衍射极限的理论依据,并基于线列阵进行数值仿真,给出阵与源的距离、阵元间距、阵元偏移对各阵聚焦的影响。结果表明:当阵长一定时,在近距离处PC/D聚焦效果最佳;在阵与源距离较远处,以半波长阵元间距的PC/M聚焦效果最佳。     

基于近场声全息的水下辐射声场可视化方法与实现

针对水下结构体辐射声场的测试及分析问题,提出一种基于近场声全息的辐射声场可视化方法,采用平面近场声全息技术完成声场测量,给出声压数据场的获取方法,并运用光线投射算法对单频点上声压场进行体绘制,较好地呈现了某频点上辐射声场的声源位置、强度分布及衰减情况.     

声激励下板柱组合结构水下近场声学特性研究

为研究船舶声纳平台区域的声学环境,基于数值方法研究了声波激励下板柱组合结构的水下近场声学特性,并讨论了声波频率及声波入射角度对板柱组合结构声场的影响.结果表明,板柱组合结构内部的声场分布较为复杂.声波频率较低时,板柱组合结构内部声场分布较为均匀;声波频率逐渐提高时,板柱组合结构内部将逐渐出现明显的声压加强区和减弱区;声波入射角度对声场加强区和减弱区的大小及出现位置也有较大影响.     

基于波叠加法的声辐射阻计算研究

机械结构的声辐射功率直接表征了结构向外辐射的声能量,而结构表面声辐射阻则反映了该结构向外辐射声能量的能力。文章基于波叠加法,研究声场的声压、源强度和表面法向振动速度之间的关系,推导了结构声辐射阻矩阵。针对典型的声学结构,计算了其表面辐射阻。根据声辐射阻定义,设计了声辐射阻的测量装置,通过实验验证了理论计算方法的正确性。且对一般复杂结构,研究了结构声反射及共振对声辐射阻的影响。     

一种舰船辐射噪声场水平分布特性分析方法

舰船水下辐射噪声特性及其空间分布特性直接关系着以被动工作方式工作的武器装备的作战能力和生存能力,因此对舰船辐射噪声场分布特性的研究具有重大的现实意义。通过对舰船辐射噪声场的深入分析,提出了一种辐射噪声场的水平分布特性分析方法,即利用总声级的通过特性研究声压级与不同距离的关系,基于声压级等高面图的方法,找出声压级相同点的分布规律。仿真计算和海上试验数据处理的结果验证了方法的有效性。     

Measurement and computation of the acoustic field in a cavitation tunnel

Sound pressure distribution around a monotone sound source was measured inside a marine propeller cavitation tunnel and compared with the calculated result by a two-dimensional boundary element method. The measured sound pressure distribution showed some peaks due to the reflection effect of the tunnel test section boundary. As the frequency increased, the sound pressure distribution became more complicated, showing more peaks. The tunnel reverberant effect should be taken into account when the noise data measured in the tunnel are converted into full-scale values. In the boundary element method calculation, the boundary condition at the acrylic observation window of the tunnel was examined in detail. The calculated sound pressure distribution pattern in the tunnel transverse section agreed well with the measured distribution when a reasonable boundary condition was adopted. The boundary element method is an effective method for theoretically predicting the acoustic field inside the cavitation tunnel if the precise boundary condition is adopted.     

基于声学无限元法的加筋圆柱壳声振特性研究

以无限长圆柱壳体为研究对象,基于声学无限元法利用数值计算方法对其结构外声场进行分析,对加筋圆柱壳的振动和远场水下噪声特性进行研究,讨论外壳厚度、内壳厚度、托板厚度、型材尺寸等结构参数对壳体表面振动均方加速度级及远场辐射声压级的影响。结果表明:改变外壳厚度参数对其表面振动均方加速度级及远场辐射声压级影响最大。     

实船设备结构振动和水声声强测试分析及噪声源的判别

通过对船上设备和船体的振动、近远场水噪声声压以及主机舱左舷外水声声强分布的测量和对振动与声的相干分析，判断主、辅机激振的耦合对产生声的影响。通过近场声强分布，分析结构和声场耦合、能量交换和有效辐射。提出用声强分布计算频带内噪声辐射声功率占总声功率的比例，结合主、辅机振动谱综合分析方法，实现噪声主要激振源的判断。     

宽带声矢量场的表征(英文)

Compared to a scalar pressure sensor, a vector sensor can provide a higher signal-to-noise ratio (SNR) signal and more detailed information on the sound field. Study on vector sensors and their applications have become a hot topic. Research on the representation of a vector field is highly relevant for extending the scope of vector sensor technology. This paper discusses the range-frequency distribution of the vector field due to a broadband acoustic source moving in a shallow-water waveguide as the self noise of a surface ship, and the vector extension of the waveguide impulse response measured over a limited frequency range using an active source of known waveform. From theory analysis and numerical simulation, the range-frequency representation of a vector field exhibits an interference structure qualitatively similar to that of the corresponding pressure field but, being quantitatively different, provides additional information on the waveguide, especially through the vertical component. For the range-frequency representation, physical quantities that can better exhibit the interference characteristics of the waveguide are the products of pressure and particle velocity and of the pressure and pressure gradient. An image processing method to effectively detect and isolate the individual striations from an interference structure was reviewed briefly. The representation of the vector impulse response was discussed according to two different measurement systems, also known as particle velocity and pressure gradient. The vector impulse response representation can not only provide additional information from pressure only but even more than that of the range-frequency representation.     

艇后大侧斜螺旋桨负载噪声数值分析

为研究艇后非均匀流场中大侧斜螺旋桨无空泡负载噪声的分布规律,文章采用“CFD+BEM”法,以SUBOFF潜艇后某大侧斜桨为研究对象,首先稳态计算均匀进流下螺旋桨敞水特性,模拟系数值与实验误差在3%以内,验证了CFD数值计算的可信性。然后采用大涡（LES）模拟,对“艇+桨”进行三维非定常数值模拟,计算得到桨表面声偶极子数据后,通过距离加权平均法映射到声网格节点上,将噪声源直接分布在桨叶表面上进行积分来预报螺旋桨的低频线谱噪声。采用边界元法基于扇声源理论通过FW-H声类比方程分别在1 kHz以内对桨盘面、轴向纵剖面及10倍桨半径球场的噪声进行频域求解。研究表明：桨盘面和轴向纵剖面上声指向均呈8字形,但受螺旋桨自身旋转及大侧斜的存在,指向性不唯一;球场声场显示,轴向声辐射面较大,声辐射强,径向辐射面小且辐射较弱;特征点的计算结果显示,高阶叶频声压级明显比一阶叶频低,这与物理现象相符,将特征点处结果与已发表文献进行对比,吻合性良好,并对存在的差异作出了合理的物理解释。该文为螺旋桨噪声预报介绍了一种可行的新方法。     

不规则波对平板冲击作用数值模拟研究

文章采用数值模拟方法,建立了基于FLUENT软件的二维不规则波浪数值模型,探讨了波浪对水平板结构的作用机理.模型中采用RANS方程和标准k-ε方程,采用VOF方法重建自由液面.通过数值模拟复演了波浪冲击水平板结构的过程,将数值模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的可靠性.经过计算和分析,研究了波浪冲击平板过程中的冲击压力和流场特性,得到了冲击压力和流场的分布规律.分析了波陡,净空及板宽等参数对冲击压力和流场的影响.最后,给出了波浪冲击压力与相应水质点垂直速度间的统计关系,并对河海大学原有冲击压力的计算公式进行了改进,提出了新的冲击压力公式.研究结果表明:冲击压力峰值与相应的水质点垂直速度的平方成正比,修正后的冲击压力公式更为合理、可行.论文工作将对准确预测冲击载荷,掌握更多的冲击机理具有重要意义.