舷侧阵声纳平台结构振动自噪声预报方法研究

来源 :中国舰船研究院 | 被引量 : 5次 | 上传用户:conan_1126
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舷侧阵声纳平台区自噪声控制是提高声纳作用距离的主要途径。而潜艇在低中航速下航行时,机械噪声是舷侧阵声纳平台区的最主要噪声源,因此非常有必要对其进行控制研究。首先就有必要对潜艇舷侧阵声纳部位机械噪声情况进行预报研究,由于可以查阅的前期相关研究较少,而实际潜艇模型相对复杂,为避免复杂模型可能带来的不利因素,仅以简单模型来计算和实验验证,而不是采用真实模型来作为研究模型,主要目的就是找到一套研究潜艇舷侧阵声纳平台区结构振动自噪声的有效方法。本文的研究对象是舷侧阵声纳结构振动自噪声,事实上它包含两个部分,一部分是直达声分量;另一部分是声纳导流罩的反射分量。为了更好的解决问题,本文将两者分开考虑,对于直达声分量而言,将采用波叠加法来求解,而反射声分量不易直接求解,本文将采用基于波的方法解决结构振动问题以及直达声分量与反射声分量之和,然后剔除直达声分量就会间接获得反射声分量。最后通过实验验证了采用波叠加法基于中间试验数据计算结构振动自噪声方法的正确性。在分析了各种结构振动与声辐射计算方法优缺点的基础上,找出了适合本文研究对象的结构振动与声辐射计算方法,即特别适合结构振动和内场声辐射的分析方法—基于波的方法,以及适合外场声辐射的计算方法—波叠加法。首先对基于波的方法数学物理模型进行了研究,分别考虑了非耦合内声场问题、非耦合平板问题以及结构-声耦合问题,并且分别进行了数值验证。仿真结果与解析解以及有限元法计算结果吻合得很好,在仅仅基于MATLAB编程的情况下基于波的方法计算效率要高于有限元法,而且采用这种方法能够计算到中频甚至是高频。随后针对舷侧阵声纳由耐压壳体和导流罩或由轻壳体和导流罩均为弹性薄板的特点,推导了双层板结构-声耦合问题基于波的方法数学物理模型,并且通过简单算例验证了该模型的正确性,表明可将这种模型用于简化舷侧阵声纳平台区结构振动自噪声研究。同时对波叠加法数学物理模型进行了研究,分别对三种不同结构的辐射体进行了声辐射计算,还对虚拟声源的位置,形状以及虚拟源个数的选取对计算结果的影响等进行了研究,为后续的波叠加法应用奠定了基础。为弥补波叠加法外形适应性不是太好的缺点,引入具有建模迅速,对模型外形适应性非常好等优点的三维数字空间方法,将两者结合用于求解外场声辐射,并以具有解析解的脉动圆球声辐射算例来验证了方法的可行性,以及此种计算方法的结果具有较高精度这一特性。此外为克服解的非唯一性问题,采用混合势来取代单层势或双层势来描述辐射声压和法向振速,数值算例表明采用混合势能很好的解决解的非唯一性问题。鉴于基于波的方法和波叠加法分别在求解振动与声辐射问题上的优越性,因此将基于波的方法与波叠加法结合求解模型的外场声辐射,从计算结果来看,采用基于波的方法与波叠加法结合求解外场声辐射是完全可行的,而且基于波的方法求解效率要高于有限元法,波叠加法求解效率则高于边界元法,因此将它们结合后其求解效率就比有限元与边界元结合后的求解效率更高。为了验证基于试验的低频结构自噪声数值预报方法的正确性。设计了自噪声测试模型实验,获取了一些点的结构振动数据以及自噪声数据,再将这些结构振动数据作为输入,采用基于数字空间的波叠加法(WSM)获得模型的自噪声数据,并用试验数据进行验证,从而形成了一套基于中间试验数据的低频结构自噪声数值预报方法。最后对全文进行了总结和展望。
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