水下平板结构声振耦合分析的等效源法研究

水下航行体在水下辐射的噪声是水下目标探测的主要信息来源，快速精确地计算其辐射噪声特征参数对于结构的声辐射预报与控制具有十分重要意义。不同于空气中结构声辐射的预报，重流体介质如水中结构的噪声计算，由于结构振动和声场之间存在的耦合作用以及边界面上计算中存在的奇异积分问题，导致传统的边界元方法在计算效率和精度上受到一定限制。为此，利用波叠加原理，通过在结构内部分布点声源等效模拟振动产生的结构外声场，并根据结构与介质的边界连续性条件和体积速度匹配原则，构建了声振耦合动力学方程，以求解相应的等效源强度，进一步计算了声功率等声学参数。以水下置于无限大障板上的矩形板为案例，采用所提方法计算其声功率，并与解析解进行对比，证明了该等效源法的有效性。     

纵桁对环肋圆柱壳体水下振动与声辐射的影响

采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,对具有不同数量纵桁的加筋环肋圆柱壳水下振动与声辐射噪声进行了数值计算,并对数值计算结果进行了初步的比较和分析,讨论了纵桁的数量对圆柱壳水下振动与声辐射的影响.结果表明:纵桁对圆柱壳水下的减振降噪有较好的效果,并且纵桁的数量越多,减振降噪效果越好,但增加纵桁的数量也相应增加了艇体的重量,在潜艇结构设计时须在降噪及艇体重量间综合权衡.     

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。     

船用螺旋桨振动特性数值计算与分析

为了降低螺旋桨结构振动产生的水下辐射噪声,采用结构有限元耦合流体边界元的虚拟质量法,运用通用有限元软件MSC.NASTRAN计算了螺旋桨在空气中和水中的固有频率和振型,分析了流体与结构之间的相互作用对螺旋桨振动特性的影响。研究结果表明:虚拟质量法能够准确计算螺旋桨在水中的固有频率;螺旋桨在水中的固有频率要显著低于空气中的固有频率,且在水中的振动位移也比空气中小;无论在空气中还是水中,螺旋桨都存在三类基本的桨叶振型;螺旋桨在空气中和水中的振型存在差异,且随着频率的升高二者差异明显;对于不同阶桨叶振型,固有频率随模态阶数的变化显著,而对于同一阶桨叶振型,这种变化并不明显;对于同一阶桨叶振型而言,随着频率的升高,频率缩减比呈递增趋势,相应的附连水质量依次减小。     

一种基于NASTRAN无限元技术的导管声学计算方法

为了更好地研究水下导管声学问题,提出了一种基于NASTRAN无限元技术的导管声学计算方法。该方法可用于任意多连通域问题的声场预报,适应任意复杂的导管截面和形状,并能考虑导管壁的弹性振动。对该方法进行了数值验证,并研究了无限元计算参数的设置,结果表明:径向插值阶数对计算结果的影响很大,而无限元边界位置和形状对结果的影响较小。采用该方法研究了管壁振动对空气中和水下导管声场的影响,结果表明:空气中导管可以不考虑管壁的流固耦合振动,而水下必须考虑。     

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。     

采用钢丝加强的气囊式声学覆盖层的减振降噪效果

为降低加肋圆柱壳受内部力激励时的振动与辐射噪声,在其外表面整体敷设了气囊式声学覆盖层。气囊式声学覆盖层由内外层橡胶蒙皮与内部充入的气体组成,并在外层蒙皮中嵌入环形或螺旋形钢丝。在此基础上,将外层蒙皮简化为一维无限长障板,采用理论方法研究了该障板的声传播特性,并采用附加质量与附加阻尼的有限元耦合边界元算法计算了敷设气囊式声学覆盖层的加肋圆柱壳的水下振动与辐射噪声,结果表明:采用钢丝加强的气囊式声学覆盖层可以有效降低加肋圆柱壳的振动与辐射噪声。静力学计算表明:增加钢丝的数量和钢丝直径可以更有效地增加外层蒙皮的刚度。     

水下航行器声隐身状态快速评估方法

针对传统水下航行器声隐身状态评估方法计算时间长、实时性不强的缺点,将评估由数值计算问题变为基于多传感器信息融合的模式识别问题来解决.通过航行嚣水下辐射噪声工程估算方法与模糊支持向量数据描述相结合,提出了水下航行器声隐身状态快速评估模型.利用加速度传感器测得水下类柱体结构表面振动信息.快速估算出其辐射声压.抽取分析频段内...     

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。     

钢木复合水平尾翼的振动与声学特性

依据阻抗失配原则,将山枣木填充到水下航行器尾翼的钢架中,以环氧树脂粘合,形成钢木复合尾翼。使用有限元耦合边界元方法分析钢木复合尾翼的水下振动与声辐射特性,并优化设计出一种钢-水-木复合尾翼。以尾翼外湿表面的均方法向速度级和辐射声功率级为衡量指标,与传统的非耐压充水泊尾翼进行了比较分析。结果表明:在不改变尾翼外形且不增加翼重量的情况下,钢-水-木复合尾翼能够很好地控制尾翼的振动与声辐射。     

应用统计能量分析法预测板材隔声量

应用统计能量分析法SEA(Statistical Energy Analysis)预测板隔声量,先建立板材的SEA模型,将板材的隔声量预测转变成求解声振动功率的线性代数方程组,对方程组的变量(SEA参数)值进行确定,得出板材的隔声量,再根据混响室法测量板材实际隔声量。将预测结果与实验结果进行对比分析,证明统计能量分析法能有效的预测板材隔声量。     

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。     

船艇机舱发动机辐射噪声研究

针对在混响声场发动机辐射噪声识别困难的问题,提出用统计能量分析法对船艇机舱发动机进行噪声源分析。建立了机舱发动机噪声源识别模型,计算了发动机各表面的辐射声功率大小及频率特性。应用表面振动测量法对机舱发动机各表面辐射噪声进行识别,其结果与统计能量分析法的对比表明:统计能量分析法考虑声场的反射和叠加,能更好地识别复杂声场环境下发动机辐射噪声。     

基于径向基神经网络的水下振动物体辐射噪声级别分类研究

运用径向基神经网络,利用水下振动物体内表面加速度信号对其辐射噪声级别进行分类,达到判断其声隐身性的目的.该方法的运算量较传统方法大大降低,极大地提高了计算速度.实例表明,该方法能较准确地对水下振动物体辐射声场声压级别进行分类,进而对其推广应用于潜艇提供了较好的依据.     

军用车辆双质量飞轮设计与减振特性研究

利用ADAMS建立某型步兵战车传动系统当量模型,研究双质量飞轮主要参数对发动机扭振衰减效果的影响,得到了双质量飞轮第二、第一飞轮转动惯量比的取值范围以及扭转刚度和阻尼的取值原则,以发动机激励衰减最优为目标,同时优化双质量飞轮3个参数,得到最佳的转动惯量比值为0.612;提出设计周向长弧形弹簧式双质量飞轮的具体方法和步骤,设计出弹性机构不同布置的2种双质量飞轮,并通过仿真计算其减振效果。结果表明：弹簧组布置在减震盘两侧的长弧形弹簧式双质量飞轮的减振效果较好。     

空气弹簧隔振平台姿态模糊控制研究

空气弹簧隔振器在舰船上已经被广泛使用,但是空气弹簧漏气往往造成隔振平台姿态倾斜或者高度下降,严重影响设备的正常工作以及隔振性能.因此,检测漏气情况以及保持平台姿态平稳是空气弹簧隔振系统需要解决的关键技术问题.由于大型设备的空气弹簧隔振平台结构往往非常复杂,很难建立其精确的数学模型,常规的依靠精确模型的控制策略在这里无法奏效.文中分析了空气弹簧漏气对隔振平台姿态的影响,提出了一种漏气快速检测方法,利用模糊控制理论对空气弹簧隔振平台的姿态控制进行了研究和试验.试验结果表明,空气弹簧隔振系统姿态模糊控制技术是完全可行的,效果良好.     

基于激励补偿的水声基阵互辐射阻抗控制研究

针对互辐射阻抗对水声基阵阵元表面振速的影响,研究了基于激励补偿的互辐射阻抗控制方法。首先分析了阵元表面振速与激励之间的关系,然后对比实际激励与理想激励的区别,得到激励补偿的计算公式,最后利用阵元间的互辐射阻抗修正了激励补偿计算公式。仿真结果表明:在低频、小间距基阵中,激励的幅度和相位需采用所提算法进行较大的补偿,以达到互辐射阻抗控制的效果。     

细长壳体水声辐射问题的有限元结合边界元解法

采用三角形面积元,提出了一种计算任意形状的细长壳体水声辐射问题的有限元结合边界元解法,推导了三角形面积坐标下的质量矩阵。在水动力方面,根据单层势的概念,提出了声场速度势的边界积分表示式,给出了三角形面积坐标下的附加质量矩阵和附加阻尼矩阵,从而得以建立流固耦合的有限元动力响应方程。本方法的进一步发展可用于计算具有加强肋骨的双层壳体结构的声辐射问题以及船体在随机激励下的远场声功率谱。     

舰艇机动穿越深海会聚区对潜艇探测研究

深海会聚区效应是深海水声传播显著的特征,并为远距离潜艇探测提供了有效途径。首先分析了深海会聚区形成的原因和条件,然后根据海区会聚区的预报距离和宽度,构建了舰艇采用两次机动穿越会聚区测算被探测潜艇的位置和运动要素模型,最后通过算例分析舰艇两次穿越会聚区的方法和求解潜艇运动要素和位置的过程,分析结果验证了舰艇穿越会聚区对潜艇定位方法的可行性。