第3期(總第182期)

1、49卷第3期（總第182期）中國(guó)造船Vol.49No.3(SerialNo.182)2008年9月SHIPBUILDINGOFCHINASep.2008文章編號(hào)：10004882(2008)03002513周期加肋夾芯透聲窗的聲吶自噪聲特性研究俞孟薩，李東升，白振國(guó)摘要以艦船聲吶罩透聲窗的低噪聲設(shè)計(jì)為背景，針對(duì)周期加肋夾芯平板和平行腔體組成的簡(jiǎn)化聲吶罩模型，采用Fourier變換方法和功率譜密度概念，建立加肋夾芯透聲窗受平穩(wěn)隨機(jī)湍流脈動(dòng)

2、壓力激勵(lì)產(chǎn)生的聲吶部位水動(dòng)力自噪聲的計(jì)算方法，數(shù)值計(jì)算肋骨幾何尺寸和間距等參數(shù)對(duì)聲吶自噪聲的影響。研究結(jié)果表明：加肋透聲窗在湍流脈動(dòng)壓力激勵(lì)下產(chǎn)生的聲吶自噪聲，取決于聲吶罩的空間濾波特性。肋骨引起的波數(shù)遷移，使透聲窗與湍流脈動(dòng)壓力的傳輸峰值分量發(fā)生空間吻合共振，明顯增大聲吶自噪聲。加肋夾芯透聲窗的彈性波傳播截止效應(yīng)，部分抵消肋骨產(chǎn)生的空間調(diào)制效應(yīng)，可降低聲吶自噪聲5～10dB。關(guān)鍵詞：船舶、艦船工程；聲吶自噪聲；透聲窗；湍流邊界層脈動(dòng)壓

3、力中圖分類(lèi)號(hào)：U666.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1引言上世紀(jì)90年代，國(guó)外在低噪聲聲吶罩設(shè)計(jì)時(shí)，在兩層玻璃鋼中加設(shè)一層高分子粘彈性材料，制作夾芯透聲窗。這種透聲窗具有插入損失小、阻尼因子大、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)[1~2]。聲吶罩透聲窗設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求就是保證其有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增加透聲窗壁厚固然可以有效提高強(qiáng)度，但同時(shí)也會(huì)降低透聲窗的透聲性并增大聲波束畸變。為了權(quán)衡高強(qiáng)度、高透聲和低噪聲三方面的性能，透聲窗較多地采用加肋結(jié)構(gòu)形式。加肋夾芯玻璃鋼透聲

4、窗已成為一種實(shí)用價(jià)值較高的新型聲吶透聲窗結(jié)構(gòu)。艦船聲吶罩內(nèi)基陣部位自噪聲在較高航速和較高頻段以水動(dòng)力噪聲分量為主。它是透聲窗受湍流脈動(dòng)壓力激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)所輻射的噪聲。由于實(shí)際聲吶罩形狀復(fù)雜，聲吶部位自噪聲的水動(dòng)力噪聲分量研究，一般都采用簡(jiǎn)化模型。Rao[3]建立了彈性平板覆蓋的矩形腔聲吶罩模型，計(jì)算艦船的聲吶自噪聲。Maidanik[4]采用無(wú)限大平行板模型，計(jì)算湍流脈動(dòng)壓力激勵(lì)產(chǎn)生的聲吶罩內(nèi)部噪聲。Rao[5]解析求解簡(jiǎn)支矩形彈性板在

5、湍流脈動(dòng)壓力激勵(lì)下的振動(dòng)加速度功率譜，再通過(guò)模型激振試驗(yàn)測(cè)定振動(dòng)加速度與罩內(nèi)自噪聲的空間傳遞函數(shù)，估算聲吶自噪聲功率譜?？紤]到聲吶自噪聲中水動(dòng)力噪聲分量頻率較高，適合采用統(tǒng)計(jì)能量法計(jì)算。Muet[6]和Vassas[7]采用統(tǒng)計(jì)能量法，建立了聲吶罩在湍流脈動(dòng)壓力激勵(lì)下自噪聲的計(jì)算方法。Han等人[8]采用能量流分析法，求解以時(shí)空平均能量密度為參數(shù)的平板振動(dòng)方程，預(yù)報(bào)彈性平板受湍流脈動(dòng)壓力激勵(lì)產(chǎn)生的振動(dòng)以及平板下方矩形腔內(nèi)的均方聲壓。文獻(xiàn)

6、[9]較系統(tǒng)地歸納過(guò)聲吶罩聲學(xué)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題和自噪聲計(jì)算方法。針對(duì)聲吶罩透聲窗的加肋薄壁結(jié)構(gòu)受49卷第3期(總第182期)俞孟薩，等：周期加肋夾芯透聲窗的聲吶自噪聲特性研究27(2)01231422()(1)(2)tzzzziiiisiizzzzzzffxypiDWiCWhWppi?????????????????????????式中，、、、分別為外層和內(nèi)層平板沿方向的振動(dòng)位移、彎曲剛度、厚度和粘()iWxtiDihiCz性阻尼參數(shù)；、

7、E、分別為平板密度、楊氏模量和泊松比；、分別為粘彈性s??1zzzz??2zzzz??層作用在外層和內(nèi)層平板內(nèi)表面的法向應(yīng)力；、分別為區(qū)域和聲場(chǎng)作用01zzp?32zzp?在外層和內(nèi)層平板外表面的聲壓；為外層平板單位面積受到的作用外力。為肋骨()tfxy?fp對(duì)內(nèi)層平板的作用力。在區(qū)域中，粘彈性層的縱向和橫向彈性波速度勢(shì)滿足波動(dòng)方程(3)220k????????式（3）中，下標(biāo)表示縱波，表示橫波。、分別為縱波和橫波波數(shù)。l??t??lk

8、tk為了聯(lián)合求解式（1）~式（3），需給出各層介質(zhì)界面處的邊界條件。（1）區(qū)域與界面、區(qū)域與界面：外層和內(nèi)層平板法向振動(dòng)位移等于聲介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)位移：（i=1、j=0；i=2，j=3）(4)20jizzipWz??????（2）區(qū)域與界面、區(qū)域與界面：外層和內(nèi)層平板和粘彈性層的法向、切向振動(dòng)位移相等[14]：z=z=W，（i=1、2)（zuiiixizzuWx??????5）式中，為平板中和面至表面的法向距離。?（3）區(qū)域中聲吶基陣表面：

9、已知聲壓的反射系數(shù)為：R(6)422rizzppR??式中：為入射到基陣表面的聲壓，為基陣表面反射的聲壓。ip2rp2為了求解式（2），還需要確定肋骨對(duì)內(nèi)層平板的作用力。肋骨采用Euler梁模擬，其運(yùn)動(dòng)方fp程為[18]：(7)424nffffnnduEIAuFdy????式中，分別為肋骨的楊氏模量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、密度和橫截面積，且，b為肋ffffEIA?313fIbh?寬、h為肋高。為肋骨位移，為作用在肋骨上的線力。nunF設(shè)肋骨沿x方向