基于表面振動監(jiān)測的大型水下結構輻射噪聲預報研究.pdf

1、水下結構輻射噪聲預報是水聲領域一項重要研究內容，是定量聲學設計、減振降噪設計等工作的理論基礎與重要依據(jù)。對于潛艇這類大型水下結構而言，輻射噪聲的實時監(jiān)測或者快速預報是提高其戰(zhàn)斗力與生存力的有力保障。因此，輻射聲場預報研究具有重要的理論價值和廣泛的應用背景。本文以大型結構輻射噪聲的快速預報為目標，遵循理論研究和工程應用相結合的研究思路，開展了輻射聲場快速預報的理論與試驗研究。 深入分析了表面振動與輻射聲場之間的傳遞規(guī)律，聲場聲壓等

2、于表面振速向量與聲傳遞向量的內積，聲傳遞向量的元素等于與輻射面共形的剛性障板表面對應活塞以單位速度振動時的輻射聲壓。討論了以規(guī)則障板表面活塞輻射聲場近似實際障板表面活塞輻射聲場的合理性。對于實際障板尺度遠小于或者遠大于聲波波長的情況，其表面活塞的輻射可以分別看作點聲源或者平面波的輻射。即便規(guī)則障板與實際障板擬合程度不高，擬合前后表面活塞的輻射聲場差別很小。對于實際障板尺度與聲波波長可比擬的情況，其表面活塞的輻射聲場主要取決于以活塞為中心

3、、尺度與聲波波長相當?shù)木植空习逍螤?，?guī)則障板與該局部障板的擬合程度決定了聲場預報精度。只要保證對輻射聲場起主要貢獻的單元所對應的聲傳遞向量元素是準確的，便可以較好地近似總輻射聲場。最終，建立了一個具有堅實理論基礎、可應用于大型水下結構輻射噪聲快速預報的理論算法--單元輻射疊加法。該方法沒有非唯一性、奇異積分以及高維矩陣求逆等問題的困擾，計算速度遠遠高于邊界元等其它數(shù)值積分方法。一系列算例表明，該方法的計算結果從甚低頻直至高頻均與解析數(shù)值

4、解或者邊界元結果符合得很好。 從理論上分析了平面、圓柱面兩類典型輻射面表面振動空間采樣所引起的聲場預報誤差向題。將平面、圓柱面振速分布分別變換到二維波數(shù)域或者軸向、周向波數(shù)域，建立變換譜與輻射聲場之間的對應關系，再根據(jù)空間采樣后變換譜的混疊程度確定輻射聲場的預報誤差。對于固定觀察方位與分析頻率，平面輻射面聲場預報精度是由空間采樣前、后表面振速的二維波數(shù)譜在特定波數(shù)上的比值決定的；圓柱輻射面聲場預報精度是由空間采樣前、后表面振速的

5、軸向、周向波數(shù)譜在特定軸向波數(shù)上、特定周向波數(shù)范圍內的比值決定的。數(shù)值分析了簡支矩形板、簡支圓柱殼表面振動空間采樣間隔與輻射聲場預報誤差之間的關系，并將有關結論推廣到一般矩形板、圓柱殼表面振動空間采樣情況。 與國內有關單位聯(lián)合開展了水下多艙段殼體結構振動聲輻射的試驗研究。針對試驗中出現(xiàn)的振動相位信息缺失情況討論了輻射噪聲的工程預報問題，因為這種情況具有實際意義。根據(jù)聲場疊加原理，將輻射聲壓級表示為表面單元獨立振動時輻射聲壓級與修

6、正因子之和的形式，其中修正因子反映了由于表面振動的相位關系引起的輻射聲壓相關性。再通過理論和試驗研究，分析了修正因子與觀察距離、表面振速插值密度等因素之間的關系。對于距離足夠遠的同一觀察方位而言，修正因子與測量距離無關；隨著表面插值、細化單元的增多，修正因子相應增大。在此基礎上，提出了一種基于特定工況修正因子預報其它工況輻射噪聲的工程預報方法。對于在工作頻段或者源強度上可以區(qū)分的多臺設備激勵情況，根據(jù)設備全開工況的修正因子可以預報其它工

7、況的輻射噪聲；對于多臺設備在工作頻段、強度上無法區(qū)分的情況，根據(jù)特定工況的修正因子在某些頻率范圍內可以預報其它工況的輻射噪聲。 本文對表面振動與輻射聲場之間傳遞規(guī)律進行了較深入的理解和闡述。提出了一種新的輻射聲場預報方法，適用于大型水下結構輻射噪聲的快速預報，為定量聲學設計或者減振降噪控制提供了新的理論依據(jù)。從空間信號的離散與重建角度，分析了表面振動空間采樣與輻射聲場預報精度之間的關系，對于表面振動測點布放方案的設計與評估具有一