声呐部位水声场的机械自噪声传播分析

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声呐是利用声波在水中的传播特性,对水中的目标进行探测、定位、跟踪、导航和通讯的一种设备。它在舰船上起着重要的作用,提高声呐的探测能力和舰船自身的隐蔽性,可以有效的避免危险事故的发生,增强舰船在海水中的生存能力。国内外许多学者从提高声呐设备的探测能力及隐蔽性方面做了深入的研究。降低声呐部位的自噪声是提高声呐工作性能的关键,通过对自噪声影响因素的特性分析,可提出有利的降低自噪声的方法,从而提高声呐的工作性能。声呐腔自噪声的研究主要是对水动力噪声、螺旋桨噪声和机械噪声等噪声分量的研究。水动力噪声是舰船在10节航速以上时的主要自噪声分量;螺旋桨噪声是舰船在水下的主要噪声源,它对声呐自噪声强度的影响,随着航速的5-6次方增大;舰船机械设备的振动噪声,在低频低航速时是声呐腔自噪声的重要分量。本文的主要工作是结合声呐腔的结构特点和自噪声预报理论,建立声呐腔机械自噪声传播特性研究模型,利用模态分析法对腔体内的机械噪声分量进行预测分析,通过定性的模拟计算,归纳机械噪声对声呐自噪声影响的原因。首先,建立了考虑流固耦合作用的声呐腔的理论分析模型,利用模态法对声呐腔内声场进行理论分析。建立了含弹性边界流固耦合的方程和不含吸声边界的流固耦合模态方程时模态方程,并求得了弹性边界受到外部激励时的声场声压分布解。其次,以弹性薄板模拟受机械振动影响的声呐上平台壁面,矩形腔模拟声呐腔。外部激励作用在弹性平板上,机械噪声通过弹性平板的振动传递到声呐腔内的声呐基阵处。以此模型应用MATLAB软件对矩形腔内的噪声进行算例分析,通过改变系统的参数,如内部阻尼、腔体尺寸及材质、透声窗尺寸等,研究声呐腔内声场的变化规律。为了验算理论模型的正确性,应用LMS Virtual.lab声学软件对矩形腔模型进行有限元分析。最后,为了寻找降低声呐腔内自噪声的方法,提出了夹芯板矩形腔模型。对夹芯板结构进行运动微分方程的建立及求解。经MATLAB仿真分析表明,相同厚度的夹芯板比同厚度的矩形薄板降噪效果好,并且正方形的矩形夹芯板降噪效果优于长方形的;当板为长方形时,随着板的尺寸的变大,其降噪效果变好。夹芯板的阻尼和夹芯层的损耗因子对板的减噪量也产生影响,提高阻尼和增大损耗因子可以降低腔内噪声在共振点附近的突变。本文的研究为寻找声呐腔内机械自噪声的降低方法提供参考依据,具有重要的应用价值。
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