水下結(jié)構(gòu)降噪預(yù)報(bào)波疊加法理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、輻射噪聲一直是衡量潛艇作戰(zhàn)性能及生存能力的重要指標(biāo),是敵方聲學(xué)武器探測(cè)的主要目標(biāo),直接影響到潛艇的聲隱身性能,因此對(duì)類似潛艇動(dòng)力艙段的水下典型結(jié)構(gòu)降噪預(yù)報(bào)具有重要意義。而在潛艇表面粘貼聲學(xué)覆蓋層作為主要的降噪手段之一,其降噪效果的理論預(yù)報(bào)與試驗(yàn)測(cè)試顯得極為重要,為此應(yīng)該有針對(duì)性地開展水下典型結(jié)構(gòu)降噪預(yù)報(bào)研究。在這方面研究中存在一些技術(shù)難點(diǎn),其中包括如何獲取有效的測(cè)量數(shù)據(jù);如何減少測(cè)量水聽器數(shù)量,縮減測(cè)量成本;尤其是怎樣高效地利用水下結(jié)構(gòu)

2、粘貼或不粘貼覆蓋層其中一個(gè)工況下的聲場(chǎng)數(shù)據(jù),估算出另一工況下的輻射聲場(chǎng),從而減少測(cè)量工況數(shù)量等工程應(yīng)用問(wèn)題。針對(duì)水下結(jié)構(gòu)降噪預(yù)報(bào)研究中存在的這些技術(shù)問(wèn)題,本文做了如下研究:
　　首先介紹了波疊加法的研究背景,闡述了其在聲場(chǎng)預(yù)報(bào)、近場(chǎng)聲全息、噪聲源識(shí)別方面的國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài),分析了水下結(jié)構(gòu)聲學(xué)覆蓋層的降噪機(jī)理和降噪預(yù)報(bào)的研究方法,討論了各方法的優(yōu)缺點(diǎn),明確了將波疊加法應(yīng)用于水下結(jié)構(gòu)聲學(xué)覆蓋層降噪預(yù)報(bào)存在的技術(shù)難點(diǎn),針對(duì)這方面的研究需求

3、,確定了論文將要研究的主要內(nèi)容。
　　然后,研究了在自由場(chǎng)條件下,波疊加法降噪預(yù)報(bào)理論,即由水下結(jié)構(gòu)無(wú)覆蓋時(shí)聲場(chǎng)預(yù)測(cè)有覆蓋時(shí)聲場(chǎng)。首先研究闡述基于振速和聲壓測(cè)量的波疊加法原理,分析正則化濾波對(duì)波疊加法計(jì)算精度的影響,討論粘彈性材料阻抗傳遞原理及與結(jié)構(gòu)界面耦合的處理方法;然后以脈動(dòng)球、單點(diǎn)激勵(lì)球殼聲輻射為算例,并引入復(fù)矢徑虛源,分別驗(yàn)證基于振速、基于聲壓測(cè)量的波疊加法有效性;討論了影響聲場(chǎng)計(jì)算精度的因素,以有限元ANSYS與邊界元S

4、YSNOISE軟件聯(lián)合計(jì)算的測(cè)量面聲壓為輸入條件,研究了水下有限長(zhǎng)單點(diǎn)徑向激勵(lì)簡(jiǎn)支圓柱殼粘貼均勻粘彈性材料的降噪效果。
　　接著又研究了半自由場(chǎng)波疊加法降噪預(yù)報(bào)理論,即在半自由場(chǎng)條件下,由水下結(jié)構(gòu)無(wú)覆蓋時(shí)聲場(chǎng)預(yù)測(cè)有覆蓋時(shí)聲場(chǎng)。首先研究基于聲壓測(cè)量的半自由場(chǎng)波疊加法原理,給出虛源點(diǎn)與聲場(chǎng)點(diǎn)之間界面反射系數(shù)的計(jì)算方法,以及半自由場(chǎng)條件下,虛源鏡像與軟件計(jì)算測(cè)量面聲壓的方法。數(shù)值仿真計(jì)算了半自由場(chǎng)條件下,單點(diǎn)徑向激勵(lì)的球殼和簡(jiǎn)支圓柱殼粘

5、貼均勻粘彈性材料的降噪效果,并與軟件計(jì)算的數(shù)值解和自由場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
　　研究了粘貼覆蓋層后的水下結(jié)構(gòu)單工況降噪預(yù)報(bào)理論,即由水下結(jié)構(gòu)有粘彈性覆蓋時(shí)聲場(chǎng)預(yù)測(cè)無(wú)覆蓋時(shí)聲場(chǎng)。首先研究在水下結(jié)構(gòu)已經(jīng)粘貼粘彈性材料的條件下,基于聲壓測(cè)量的波疊加法,對(duì)水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行降噪預(yù)報(bào)的基本原理。然后研究有限元+邊界元軟件計(jì)算粘貼粘彈性材料的水下結(jié)構(gòu)聲場(chǎng)的參量設(shè)定方法,在驗(yàn)證有限元軟件計(jì)算粘彈性材料位移和聲場(chǎng)有效的前提下,軟件計(jì)算粘貼均勻粘彈

6、性材料的球殼和有限長(zhǎng)簡(jiǎn)支圓柱殼的測(cè)量面聲壓,以此為輸入條件,采用波疊加法,結(jié)合粘彈性材料阻抗傳遞和界面耦合理論,計(jì)算球殼、圓柱殼粘貼粘彈性層前的輻射聲壓,從而預(yù)測(cè)水下結(jié)構(gòu)粘貼粘彈性層的降噪效果。
　　研究水下結(jié)構(gòu)粘貼復(fù)合結(jié)構(gòu)覆蓋的降噪預(yù)報(bào)理論,針對(duì)具有空腔復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘彈性材料,在小穿孔率、結(jié)構(gòu)規(guī)則且分布均勻條件下,采用材料聲學(xué)參數(shù)等效法,引入波疊加法,研究其對(duì)水下結(jié)構(gòu)的降噪效果;對(duì)具有典型指數(shù)型喇叭腔復(fù)合結(jié)構(gòu)的粘彈性材料,采用變截

7、面波導(dǎo)理論,引入波疊加法,研究其粘貼在水下結(jié)構(gòu)表面的降噪效果;對(duì)于具有壓電分層結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)復(fù)合材料,采用聲阻抗匹配法優(yōu)化其外接損耗電路參數(shù),然后結(jié)合壓電阻抗傳遞原理和波疊加法,對(duì)其在水下結(jié)構(gòu)的降噪效果進(jìn)行理論預(yù)報(bào)。
　　最后,開展基于波疊加法的水下結(jié)構(gòu)粘貼粘彈性覆蓋降噪預(yù)報(bào)試驗(yàn)研究,采用波疊加法,結(jié)合粘彈性材料阻抗傳遞和界面耦合理論,通過(guò)水下結(jié)構(gòu)一個(gè)工況下的測(cè)量面聲壓,預(yù)測(cè)其在另一個(gè)工況下的聲場(chǎng)。對(duì)水下雙層圓柱殼粘貼粘彈性覆蓋的降