基于背衬影响的水下声隐身夹芯复合材料结构设计

在考虑背衬影响的前提下,建立了3种典型水下声隐身夹芯复合材料的结构模型;从水声波动方程出发,推导了3种模型的传递矩阵、声反射系数和吸声系数,并通过试验验证了传递矩阵法的有效性;考虑吸声层厚度、密度、损耗因子、水层厚度等对声隐身性能的影响,应用数值方法对水下夹芯复合材料声隐身结构形式进行了设计,分析了各层材料参数对隐身结构反射系数和吸声系数的影响规律;在吸声层中附加了一层复合材料,有效地抑制了隐身结构的谐振峰,并研究了附加层的匹配位置,使隐身结构在不改变吸声层厚度的情况下获得了更好的声学性能.     

肋骨、舱壁布置形式对圆柱壳水下声振特性的影响

采用结构有限元耦合流体边界元方法对不同肋骨、舱壁布置形式的圆柱壳的流固耦合响应进行了计算。通过波数谱方法,结合柱壳规则波的声辐射效率,对不同波数成分结构波的振动与声辐射进行了量化。运用等间距与不等间距结构振动理论揭示了肋骨、舱壁布置形式对圆柱壳水下振动与声辐射特性产生影响的机理。研究发现:结构不等间距布置的圆柱壳水下振动特性整体上较优,但受壳体周向振动模式影响较大;结构不等间距布置的圆柱壳声辐射特性并不一定优于结构等间距布置的圆柱壳声辐射特性。     

推进电机舱段圆柱壳体的振动声辐射控制

推进电机舱段圆柱壳体的振动是水下航行器的主要机械噪声源,为研究其振动与声辐射的控制措施,采用有限元/边界元方法建立了大型推进电机舱段壳体流固耦合的声振模型,对不同的基座结构形式、基座肘板布置位置和加装多个动力吸振器的电机舱段壳体水下振动与声辐射进行计算,并对数值计算结果进行了比较和分析。结果表明:L型组合板基座优于T型组合板基座,而且肘板布置在环肋处可提高基座的隔振效果;加装多个动力吸振器可取得非常好的减振降噪效果。     

微穿孔板结构抑制声不稳定燃烧实验

目前抑制燃烧室内声不稳定燃烧的声学装置主要有:隔板、声腔、四分之一波管及赫姆霍兹谐振器等,提出了采用基于赫姆霍兹共振吸声原理的微穿孔板结构作为抑制燃烧室内声不稳定燃烧的装置,由于燃烧室内的高温条件,因此同时考虑了热传导作用对于微穿孔板结构吸声性能的影响。通过ANSYS建立实验测试用燃烧室模型,利用专业声-振分析方面的CAE软件SYSNOISE对实验用燃烧室模型进行数值仿真计算,并与实验结果具有较好的一致性,尤其是在所设计的微穿孔结果的共振频率附近,可以有效地抑制共振峰处的声压值,具有较好的声抑制效果。     

基于遗传算法的复合材料圆柱壳水下声辐射优化

为了降低艇体的振动噪声,建立了复合材料圆柱壳的有限元模型,并对其水下振动和声辐射特性进行了研究。在此基础上,分析了复合材料圆柱壳水下声辐射的优化模型;基于遗传优化算法,以复合材料铺层角度为设计变量,以流固耦合面内辐射声压的最大值为优化目标,进行了优化分析。结果表明:对复合材料圆柱壳的铺层角度进行优化设计可以有效提高其声辐射性能,相比对称铺层方式,优化后的远场辐射声压级在50～300Hz频段内平均降低了3.6dB。该结果验证了优化设计的有效性,为下一步进行大型复杂水下结构的声辐射优化研究提供了一定的思路。     

敷设气囊的充水圆柱壳的声辐射

为降低充水圆柱壳受内部点声源激励时的水下辐射噪声，在其外壳上敷设气囊，形成气囊圆柱壳。为指导气囊圆柱壳的设计，将充水裸圆柱壳和充水气囊圆柱壳分别简化为单、双层无限长隔板。比较隔板、气体与水的波阻抗，分析了气体声速与层厚对双层无限长隔板在平面声波入射时低频声辐射的影响机理。分析表明，声速小的气体和适当的气层厚度可以降低双层障板的辐射噪声。采用声无限元法计算了气囊圆柱壳的水下声辐射，结论与对隔板的机理分析吻合。优化设计出的充水CO2气囊圆柱壳的水下辐射声功率与远场辐射声压明显低于充水裸圆柱壳。     

敷设气囊的充水圆柱壳的声辐射特性

为降低充水圆柱壳受内部点声源激励时的水下辐射噪声,在其外壳上敷设气囊,形成气囊圆柱壳。为指导气囊圆柱壳的设计,将充水裸圆柱壳和充水气囊圆柱壳分别简化为单、双层无限长隔板。比较隔板、气体与水的波阻抗,分析气体声速与层厚对双层无限长隔板在平面声波入射时的低频声辐射的影响机理。分析表明,声速小的气体和适当的气层厚度可以降低双层障板的辐射噪声。采用声无限元法计算气囊圆柱壳的水下声辐射,结论与对隔板的机理分析吻合。优化设计出的充水CO2气囊圆柱壳的水下辐射声功率与远场辐射声压明显低于充水裸圆柱壳。     

纵向激励下轴艇耦合结构声辐射特性及影响因素

通过建立轴艇耦合结构模型,结合船舶三维声弹性理论,分析了螺旋桨纵向激励下耦合结构的振动和水下声辐射特性及分布规律,并研究了其对不同影响因素的敏感性。结果表明:轴艇耦合结构纵向振动在潜艇水下声辐射中有明显体现,是水下声辐射的重要组成部分;通过减小推力轴承纵向支撑刚度、增加艇体壁厚和增加纵向肋骨,可以有效降低潜艇水下辐射声压级,提高其声隐身性能。     

艉轴轴承支撑长度对水下结构振动与声辐射的影响

从振动模态和能量的角度,研究了艉轴轴承支撑长度变化对推进轴系振动及传递特性的影响。同时,采用FEM/BEM方法,建立了水下结构流固耦合模型,分析得到了结构表面的均方法向速度级、辐射声压级和辐射声功率级频响曲线,并研究了艉轴轴承支撑长度对结构振动和声辐射的影响。结果表明:艉后轴承长度对轴系振动传递影响较大,艉轴轴承支撑长度对结构总体声辐射影响较小。     

基于统计能量分析法的船艇机舱舱室噪声仿真

以某一船艇机舱为例,从机舱发动机表面振动声辐射着手,建立了机舱的统计能量分析(SEA)模型,对船艇机舱的进行了仿真计算。结果表明,统计能量分析法与实际测量值吻合,SEA模型的计算值与舱内声压水平实测值误差在主要频带达到3dB以内。     

应用波数谱分析纵向构件对双层圆柱壳振动与声辐射的影响

为研究纵向构件对双层圆柱壳振动与声辐射特性影响的一般规律,首先采用结构有限元耦合流体边界元方法计算出增加纵向构件前后双层圆柱壳轻外壳的振动响应;然后,采用波数谱分析的方法将它们在波数域上进行波形分离,并得出它们法向速度振动功率波数谱和辐射声功率波数谱;最后,通过对两模型不同波数谱的比较分析,总结了纵向构件对结构振动模式的影响以及结构振动模式与辐射声功率间的关系。研究表明:纵向构件对圆柱壳轻外壳周向阶的振动影响不大,它的加强会减小轻外壳轴向长波振动的幅值,但能增加其平均辐射效率。     

基于不同能量值特征优选的水声目标识别

采用Bartlet平均周期图、小波变换和经验模态分解方法分别提取信号的频段能量值特征、IMF能量值特征，重点对IMF能量值特征进行特征优选。通过设计BP神经网络分类器，对实测的四类舰船目标的辐射噪声信号进行测试，取得了较好的识别效果。     

圆柱壳体结构振声传递特性试验研究

为了研究圆柱壳体的振声传递特性,首先对某内部含T型组合板结构的潜艇舱段缩比双层圆柱壳体开展了振动与辐射噪声测试;然后,基于谱相关系数和振声传递函数,分析了扫频激励下圆柱壳体结构的振声测试数据。两种方法的分析结果都表明:相对于T型组合板中水平板的振动,竖直板的振动对圆柱壳体辐射噪声贡献更大,由此证明控制竖直板的振动是一种有效降低此类圆柱壳体声辐射的方法。     

溅板式层板喷注单元燃烧特性数值分析

为了获得喷注单元结构参数对喷注器燃烧特性的影响规律,利用数值分析方法对单喷嘴溅板式层板喷注单元气-气燃烧特性进行研究,考察燃烧室特征长度及出口层喷嘴宽度对气氧/甲烷流动及燃烧特性的影响。在求解气-气燃烧流场方面,采用带化学反应的湍流N-S方程进行描述,其中化学动力学反应模型采用简化的单步9组分模型。研究结果表明:燃烧室特征长度的增大有利于特征速度效率的增加;该条件下采用溅板式层板喷注单元所对应的燃烧室特征长度约为600 mm。对比分析发现,出口层喷嘴宽度取0.15 mm时,水组分摩尔分数与热力计算值差别最大;当其值取1.05 mm时,燃烧室头部区域截面温度上升最快,取0.45 mm时上升最慢。总的来说,出口层喷嘴宽度取0.75 mm时,燃烧长度最短,燃烧效率最大。     

粘弹性介质中球形空腔嵌入层的共振特性研究

潜艇吸声覆盖层在低频对抗主动声纳的探测是目前面临的一个重要技术难题.利用空腔共振时的吸收是解决低频吸声问题的一种有效途径.文中在假设入射球形纵波完全被腔壁反射的情形下,对球形空腔嵌入层的共振特性进行了理论分析.结果表明,在粘弹性介质中嵌入适当厚度的低剪切波速包覆层能有效地降低空腔共振的频率.     

海洋环境影响声自导鱼雷的弹道分析与动态仿真

针对海洋环境引起的声自导鱼雷的声探测偏差问题,基于Argo资料,运用动态和对比分析,研究了鱼雷搜索和自导两个阶段中海洋环境对其声探测的影响机制、鱼雷声线轨迹偏差的纠正对策并进行仿真实现。结果表明:在搜索段,海况对鱼雷发现目标的时机具有显著的影响;在自导段,垂直温盐梯度的存在使鱼雷弹道产生偏差、遭遇时间变短、总航程缩短、最大需用过载变大,采取相应的纠正对策可以有效地降低鱼雷的脱靶量、提高自导性能。     

质量分布对水下结构振动声辐射影响研究

为研究质量分布对水下结构振动声辐射的影响,建立了双层加肋圆柱壳体结构,利用三维水弹性声学理论及分析软件,分别计算并比较了内部质量分布于铺板、内壳、外壳和舱壁等不同结构时不同位置激励下壳体结构的声源级曲线。结果表明:质量分布对内壳激励下水下结构的振动声辐射影响较小,对铺板及舱壁激励下结构的声辐射影响较大;舱壁激励下壳体的总声级最小,在潜艇设计建造中可以考虑将某些机械设备悬挂安装于舱壁上以实现振动噪声的控制。     

一种利用波叠加法计算声辐射模态的新方法

针对目前对于复杂结构的声辐射模态尚无简便计算方法的问题,利用波叠加法提出了一种适合复杂结构声辐射模态计算的方法。该方法通过波叠加法建立了辐射结构内部等效点源与表面法向振速的关系,得到了辐射阻抗矩阵的表达式,有效解决了一般方法在求解辐射阻抗矩阵时存在的困难。在此基础上,对辐射阻抗矩阵进行特征分解得到复杂结构的声辐射模态,并通过数值计算证明了该方法的有效性。     

聚氨酯的合成及水声性能

用甲苯-2,4-二异氰酸酯(2,4-TDI)、聚丙二醇(PPG)等原料合成了聚氨酯预聚体,以3,3-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷(MOCA)、三羟甲基丙烷(TMP)为扩链剂合成了聚氨酯,在脉冲声管中测试了合成试样的声压反射系数和吸声系数,研究了不同扩链剂及不同含量的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)对其水下声学性能的影响。测试结果表明:TDI-PPG-MOCA合成型聚氨酯是一种良好的水下透声材料,TDI-PPG-TMP合成型聚氨酯是一种良好的水下吸声材料;BHT的加入对TDI-PPG-TMP合成型聚氨酯的水下吸声性能有显著提高,因此合理地设计实验工艺参数,可以得到水下声学性能更佳的聚氨酯。     

单层平板吸波体界面反射模型的带宽理论研究

为了优化和指导吸波体设计,介绍了单层平板吸波体界面反射模型,推导了模型所揭示的吸波体内部能量流动关系。在此基础上,导出吸波体反射吸收带宽计算公式,由界面反射模型得出影响吸收带宽的因素,包括吸波层厚度、1/4波长厚度在峰值频率处的变化率、指定的反射波能量、前界面反射波能量及后界面反射波能量等。利用推导的能量关系及带宽公式,对3个同轴样品进行分析计算,结果表明计算值与实验值吻合较好,带宽公式推导正确。