基于双层板结构的充水声腔有源隔声研究

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声纳自噪声是影响声纳探测信噪比的主要因素之一。抑制噪声激励向声纳舱内声场传递是保持声纳工作性能的关键。声纳自噪声主要通过导流罩和声纳舱内壁两条路径传递至声纳腔内,因此可根据传递路径归类为‘外界噪声’和‘船体噪声’。当前关于抑制声纳自噪声传递方面的研究,大多集中于将各种先进方法策略、新技术、新材料应用于抑制‘外界噪声’经导流罩传递至声纳舱内,而在抑制‘船体噪声’经舱壁传递至声纳舱内声场方面的研究则较少,且研究方向大多集中于传统被动隔声方式上,高频隔声效果好,中低频隔声效果差。鉴于有源降噪技术在航空航天等领域的成功应用,且目前舰船舱壁主结构仍为带肋骨结构的单层或双层钢板,基于双层板结构—充水声腔的有源隔声研究具有重要的理论价值和工程意义。本文在梳理总结国内外关于声纳腔室结构液固耦合问题、双层板隔声、半主动/主动控制策略、弹性板—声腔耦合问题等方面研究资料的基础上,将有源隔声控制理论引入双层夹芯板结构—声纳腔液固耦合系统建模;数值计算分析不同控制策略、不同影响因素的变化对系统隔声特性的影响;以期初步探索出能使双层板结构—充水声腔有源隔声系统抑制中低频‘船体噪声’激励能量向声纳腔内声场传递的一部分有源隔声控制策略,包含主动反馈控制策略和等效天棚阻尼控制策略。从第二章开始,以声纳舱的一般结构为原型,基于经典边界条件下的波动方程,建立弹性板结构—声纳腔液固耦合系统的理论分析模型;引入复模态概念、平均能量输入理论,推导双层板结构—声腔液固耦合系统频响计算方法;推导系统被动隔声下的频响计算方法。第三章,在前述理论模型基础上,引入主动反馈控制环节,推导主动反馈控制下的双层板结构—声腔液固耦合系统理论分析模型,推导系统能量传递路径上各主要环节的平均能量输入的时域计算方法;数值计算分析带单只撑/多支撑夹芯层的系统在各反馈参数连续变化下,系统平均能量传递特性的变化规律,完善双层板结构—声纳舱主动反馈控制隔声策略,并得出结论:当反馈参数位于各自指定赋值区域时,6种反馈参数单独作用的各主动控制方式均能产生明显的低频隔声效果;只有绝对加速度反馈控制方式有明显的高频隔声效果,且仅当反馈参数位于指定赋值区域时。第四章,利用理想天棚阻尼控制理论,初步探讨分析将等效天棚阻尼控制理论应用于系统隔声的相关24个控制策略,进行理论分析建模;推导出半主动隔振系统能量传递路径上各主要环节的平均能量输入的计算方法;数值计算分析前述24种控制策略的变化、可控阻尼值的变化对系统隔声性能的影响,最终保留7个控制策略;数值计算分析可控阻尼的变化对余下7个控制策略下系统隔声效果的影响;基于实用性考虑,提出了一种利用数值计算结果简单对比,实现快速调整双层板结构隔声系统声学特性的通用方法。
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