亢澤陽，齊憲國，鄭衛(wèi)剛

（武漢理工大學能源與動力工程學院，湖北武漢430063）

水下復雜結構全頻段聲振預報與特性分析＊

亢澤陽，齊憲國，鄭衛(wèi)剛

（武漢理工大學能源與動力工程學院，湖北武漢430063）

當下結構被激勵影響產生振動問題時，會在水介質中產生輻射形成聲場。其與氣體反應不同，水介質的在這一系統(tǒng)中具有不可壓縮性，在表面外殼中形成反作用力，產生一個聲振耦合體系，導致潛艇自身在水中實際運作性能和安全受到影響，需要加以關注，增加對水下復雜結構全頻段聲振預報與特性關注度，確保潛艇的實際應用性。主要就水下復雜結構全頻段聲振預報與特性進行了分析和研究。

水下復雜結構；全頻段聲振；預報特性；流噪

現(xiàn)階段，國內外眾多研究人員增加了對水下復雜結構全頻段聲振預報與特性分析和研究，加深了對單雙層圓柱殼潛艇高頻段和低頻段全頻段聲振特點研究。潛艇噪聲主要來自與螺旋槳、機械裝置、流噪等，對潛艇戰(zhàn)能力帶來影響較大，因此，國內外研究人員應該深入分析和研究水下復雜結構全頻段聲振預報與特性，保證在水下避免受到噪聲的影響。

1 背景闡述

潛艇具有隱蔽性，這對自身作戰(zhàn)能力造成了較大影響，是影響潛艇作戰(zhàn)關鍵因素?，F(xiàn)階段世界對潛艇的探測技術主要是水聲探測技術。因此，我們可以說潛艇自身的噪聲水平對其隱性性能有影響。隨著科學技術的不斷發(fā)展，為聲納技術帶來了全新的發(fā)展契機，促進了聲納技術的發(fā)展，人們對下水系統(tǒng)中聲學性能給出了全新的要求和標準。所以，社會的不同領域、不同學者增加了對聲振預報工作關注度，研究利用優(yōu)化和完善系統(tǒng)結構，降低噪聲和輻射。在不斷研究和分析后，國內外研究人員總結了眾多經驗與理論知識，提出潛艇在水下運作期間，噪聲主要來自與螺旋槳、機械裝置、流噪等等。在這3種不同的潛艇噪聲來源中，潛艇機械噪聲影響最大，是最為關鍵的噪聲來源。所以，詳細和科學地預報潛艇結構聲音輻射與振動，可在軍事領域發(fā)揮積極影響，意義重大。潛艇結構形式包括單圓柱殼潛艇、雙圓柱殼潛艇。在水下系統(tǒng)中，單圓柱殼影響雙圓柱殼潛艇輻射振動研究具有實際意義，是未來水下振動與噪聲、輻射主要研究方向[1]。

2 水下復雜結構全頻段聲振預報與特性

2.1 水下復雜結構全頻段聲振預報研究

在對下復雜結構全頻段聲振預報研究時發(fā)現(xiàn)，其可以依據(jù)SEA理論方法開展，在中頻和高頻段中，降低了高頻和中頻內部結構，對邊界元和有限元高密度模態(tài)預報局限。在實際分析環(huán)節(jié)，可以節(jié)省工作時間，不必對全部階段模態(tài)詳細求解，也不必對每個階段模態(tài)振動貢獻量分析。單一站在統(tǒng)計角度，把振動產生能量作為基礎系數(shù)，依據(jù)能量傳遞特點和性質，分析研究振動能量運作情況。利用SEA理論方法時，在高頻內部（高頻處于高模態(tài)和高密度環(huán)節(jié)）流場和耦合力問題解決中發(fā)揮作用最大[2]。

SEA理論主要是對下復雜結構全頻段聲振能量統(tǒng)計和分析，在實際分析期間，構建一個系統(tǒng)完整的工程，包括聲學系統(tǒng)和結構的模態(tài)群，依據(jù)模態(tài)形式與特點，結合相關標準和準則，把整個系統(tǒng)劃分為多個部分，利于獨立法線性耦合系統(tǒng)的子系統(tǒng)。模態(tài)相關標準與準則就是振型，需具有相同性模態(tài)能量，消耗與損失因子與阻尼，這樣模態(tài)就具備了與動力學相似的特征。SEA子系統(tǒng)可以實現(xiàn)振動存儲目標，把振動能量整合后存儲。SEA子系統(tǒng)參數(shù)包括模態(tài)密度、內耗損因子、耦合損耗、輸入和輸出功率等，SEA系統(tǒng)參數(shù)與系數(shù)分析模型展示圖如圖1所示。

在利用SEA理論對下復雜結構全頻段聲振能量進行統(tǒng)計和分析期間，需加以關注CLE意義，分析CLE物理屬性，把被激勵的對象系統(tǒng)中能量運作到其他系統(tǒng)中。比如，把子系統(tǒng)中能量運作到不同間接激勵子體系中，利用CLE描述2個系統(tǒng)之間耦合能力和耦合程度，CLE是這2個耦合系統(tǒng)之間聯(lián)系紐帶，代表了子系統(tǒng)耦合能力大小和作用強弱，證明了能量從這一系統(tǒng)運作到另一系統(tǒng)。

2.2 層間關聯(lián)形式的影響

對于航行器而言，如果其在水下系統(tǒng)中利用圓柱結構類型時，其具有自身的特征。結構屬于雙層加肋布局，內部是抗壓殼，外部為輕外殼。2個不同層次、殼之間利用拖板以橫向形式關聯(lián)和支撐。在實際工作中的內部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)中，圓柱殼間有流體介質，形成振動力沿著內殼運作到托板中，再經由托板運作外殼。因此，需要全面考慮不同層間受到介質影響的程度；分析充液對工程的影響，在層間開展充液工作時，托板支撐系統(tǒng)闡述的結構功率與分頻帶整個系統(tǒng)中存在的功率相同，即流體單獨影響與作用和層間的作用相同，與2種關聯(lián)形式整合運作的結果相同。在中頻系統(tǒng)中，層間流體發(fā)揮傳遞作用，但在這一頻段內，托板發(fā)揮的實際作用小，2種關聯(lián)形式與單獨關聯(lián)流體運作發(fā)揮的作用接近。然而，相互關聯(lián)的共振系統(tǒng)的子系統(tǒng)可實現(xiàn)能量存儲目標。因此，子系統(tǒng)是指有限區(qū)域內具有相同的共振形式和模態(tài)的系統(tǒng)。詳細而言，在復雜結構全頻段聲振預報分析中，SEA理論方法具有優(yōu)勢，其可以結合實際情況建立一個系統(tǒng)或多個系統(tǒng)，在受到外界影響后，可形成穩(wěn)定振動，產生振動能量，利用子系統(tǒng)邊界發(fā)揮子系統(tǒng)耦合作用，實現(xiàn)能量交換目標，對每個系統(tǒng)中存在的折振動物理量詳細分析并預報。

3 結論

在水下結構中，輻射和噪聲主要來自內部動力設備，包括齒輪箱設備、推進設備、閥門和主要輔助設備等。把振動運作到外殼中，會導致下水體系出現(xiàn)振動和噪聲，使螺旋槳受到影響，在實際運行期間出現(xiàn)噪聲，對汽艇的運行造成較大的影響。對復雜結構全頻段聲振預報可以利用SEA理論運用，其主要是對復雜結構全頻段聲振能量進行統(tǒng)計和分析，并在實際分析期間構建系統(tǒng)、完整的工程，包括聲學系統(tǒng)和結構的模態(tài)群，可以節(jié)省工作時間，不必對全部階段模態(tài)進行詳細求解，具有實際應用價值。

［1］馮娜.水下復雜結構的聲振預報方法與特性分析［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學，2013.

［2］樂瀚洋.潛艇結構模型的全頻段振動聲輻射分析［D］.大連：大連理工大學，2015.

［3］劉林波.船舶復合阻振結構的阻振性能實驗及應用研究［D］.鎮(zhèn)江：江蘇科技大學，2015.

TB56

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.029

2095－6835（2017）14－0029－02

亢澤陽（1996—），男，武漢理工大學能源與動力工程學院2014級本科生，輪機工程專業(yè)，研究方向為輪機工程、機械（第一作者）。齊憲國（1994—），男，武漢理工大學能源與動力工程學院2014級本科生，輪機工程專業(yè)。鄭衛(wèi)剛（1967—），男，湖北武漢人，技師，主要研究方向為機電技術。

〔編輯：張思楠〕

武漢理工大學自主創(chuàng)新基金項目（編號：175205008）