水下结构声辐射特性与噪声源识别方法研究

摘要

二十世纪以来，水声技术得到了迅速发展。为了满足现代化海洋军事战略需求，水下航行器的减振降噪成为各国诸多学者研究的关键问题。在水下航行器减振降噪工程中，如何准确地在机械噪声系统中识别出起主要作用的噪声源，并从频率和空间域上查明航行器各主要噪声源的空间分布和频率特征，定量识别各主要噪声源对航行器辐射噪声的贡献大小，从而有针对性地采取有效减振降噪措施，成为安静型水下航行器研制的一项关键技术。本论文以大型水下结构辐射噪声源测试与识别研究为背景，研究了水下典型结构的声辐射特性，针对传统点源球面波扩展传递模型对结构噪声源识别的局限性，开展了基于单元辐射叠加法振声传递模型的噪声源识别方法研究。具体内容如下:
　　单元辐射叠加法(Element Radiation Superposition Method，ERSM)是一种快速预报大型水下结构辐射声场的方法。根据单元辐射叠加原理，开展基于单元辐射叠加法的声传递建模方法理论研究，得到了典型结构表面活塞辐射声场的解析表达式。
　　利用解析法和单元辐射叠加法研究了空气和水中矩形板、圆柱壳等典型结构振动的声辐射特性，介绍了模态叠加和薄壳振动理论，对比了空气和水两种介质中矩形板、圆柱壳辐射特性。分析了单元辐射叠加法的适用频率范围和准确性，用解析法、数值法、单元辐射叠加法三种方法，计算了矩形板、圆柱壳结构振动表面法向振速和辐射声压，计算结果的一致验证了单元辐射叠加法振声传递模型的正确性。
　　本文阐述了广义逆波束形成算法基本原理和Tikhonov正则化方法，根据规则障板表面活塞辐射声场的解析表达式建立目标结构表面声源与接收基阵之间的振声传递矩阵，代替传统点源球面波扩展传递矩阵，克服了传统点源球面扩展声传播模型的局限性，解决了复杂结构声源声传播模型的精细化表征问题;其次，开展了基于振声传递矩阵的广义逆波束形成方法理论研究，通过理论仿真对比分析了上述两种不同传递矩阵的广义逆波束形成算法对结构噪声源识别效果，探究了不同参数对算法识别性能的影响;针对矩形板结构，对比了基于振声传递矩阵的广义逆波束形成和平面近场声全息;最后，开展了空气固支板结构振动定位识别实验，实验结果验证了基于振声传递矩阵的广义逆波束形成算法的有效性和适用性，改善了波束形成技术的结构噪声源测试性能。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1引言

1．2国内外研究现状

1．2．1水下结构声辐射研究现状

1．2．2水下结构噪声源定位识别研究现状

1．3本文研究方法

1．4本文主要内容

第2章基于单元辐射叠加法的声场计算方法

2．1引言

2．2单元辐射法叠加原理

2．3单元辐射法声场传递特性

2．4基于单元辐射法的声场计算

2．5本章小结

第3章基于单元辐射法矩形板声辐射特性研究

3．1引言

3．2水下简支矩形板模型

3．3水下矩形板声辐射特性

3．3．1水下矩形板受迫振动

3．3．2辐射声功率、均方振速及辐射效率

3．3．3仿真结果与分析

3．4解析法、数值法及单元辐射叠加法对比分析

3．4．1结构表面法向振速对比

3．4．2辐射声场声压对比

3．5本章小结

第4章基于单元辐射法圆柱壳声辐射特性研究

4．1引言

4．2水下有限长圆柱壳模型

4．3圆柱壳耦合振动方程及其声辐射

4．3．1薄壳振动理论

4．3．2水下有限长圆柱壳耦合振动方程

4．4水下有限长圆柱壳声辐射特性

4．4．1辐射声功率、均方振速及辐射效率

4．4．2仿真结果与分析

4．5解析法、数值法及单元辐射叠加法仿真对比

4．5．1结构表面法向振速对比

4．5．2辐射声场声压对比

4．6本章小结

第5章水下结构噪声源定位识别方法研究

5．1引言

5．2水下结构声源定位识别方法

5．2．1广义逆波束形成算法

5．2．2声场传递矩阵

5．2．3结构噪声源识别流程

5．3矩形板结构振动识别仿真

5．3．1仿真模型与参数

5．3．2 VATM-GIB算法与GFTM-GIB算法对比分析

5．3．3 VATM-GIB算法与NAH算法对比分析

5．4有限长圆柱壳结构振动识别仿真

5．4．1仿真模型与参数

5．4．2 VATM-GIB算法与GFTM-GIB算法对比分析

5．5本章小结

第6章固支板结构振动定位识别实验研究

6．1引言

6．2实验概述

6．2．1实验测量模型

6．2．2实验测量系统

6．3实验数据处理与分析

6．3．1 VATM-GIB算法与GFTM-GIB算法对比分析

6．3．2 VATM-GIB算法与NAH算法对比分析

6．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢