封闭空间中水下声源低频辐射声功率测量方法研究

发布时间：2020-06-03 03:10

【摘要】：水下航行器的隐蔽性关乎其自身的生命力,降低水下航行器的辐射噪声、尤其是控制其低频线谱成为减振降噪工程的重要工作。然而为评价减振降噪措施的有效性,准确测量水下航行器的辐射噪声则是必要前提,核心环节是测量方法。非消声水池是重要的声学测量装置,在非消声水池中应用混响水池法测量水下声源的辐射声功率,具有背景噪声强度低、试验环境易满足、测量结果精度高且重复性好等优势,为水下航行器的声学测量提供了有效的技术手段。非消声水池的低频声场特性是封闭空间声场特性的研究热点,由于非消声水池低频声场声模态少,此时水下声源的辐射阻抗与自由场相比发生明显变化,导致低频声场起伏剧烈,传统的混响法在低频域已不再适用。为了拓展非消声水池的低频应用,本文探讨了水下声源在非消声水池中的低频声学特性测量方法,详细阐述了在非消声水池“低频共振频段”采用比较法测量技术和在“声截止频段”采用近场声能流分离的声强法测量技术。“低频共振频段”指分析频率介于非消声水池声场的第一阶简正频率与下限频率之间的频段,在此频段内,本文深入阐述了水下声源低频辐射声功率的比较法测量技术,该方法无需测量混响时间,而是利用混响场与自由场之间声场的固定差异,对非消声水池内均方声压进行修正,有效扩展了混响法在低频域的应用范围。在典型声源测量试验的基础上,开展了圆柱壳模型低频辐射声功率的比较法测量试验研究,其窄带测量结果和自由场相比偏差不大于1.5dB,验证了比较法测量技术的有效性。“声截止频段”指分析频率低于混响声场的第一阶简正频率的频段,在此频段内,本文提出了一种基于近场声能流分离的水下声源低频辐射声功率的声强法测量技术,采用近场测量声源辐射声能反演的方式实现。声强法测量技术无需测量混响水池中的均方声压值,而是通过近场测量包络面上的声能流信息,分离流入和流出包络面的声能,反演得到声源的自由场辐射声功率,进一步扩展了混响法在低频域测量的应用范围。采用数值计算的方法,分析了封闭空间中圆柱壳模型的辐射声特性,并且验证了声强法测量技术的有效性。在典型声源测量试验的基础上,开展了圆柱壳模型低频辐射声功率的声强法测量试验研究,其窄带测量结果与自由场相比偏差不大于2dB,验证了声强法测量技术的有效性。
【图文】：

ref似的方法可以得到未知声源的自由场辐射声功率：* *( )Wf pr pr WfL = L L L*WfL 分别表示已知声源、未知声源的自由场辐射声功率中已知声源、未知声源辐射声场的均方声压级。式(2-2率的比较法测量技术的原理。源辐射声功率的比较法测量试验研究圆柱形声源辐射声功率在消声水池中的测量试工程大学消声水池(25m×15m×10m)中开展了球形声源的测量试验。如图 2.3 所示，球形声源半径为 0.05m径为 0.04m，声源通过细绳牵引与回转装置法兰紧密的布放情况示于图 2.4，声源位于水下 4m，在距离声，该阵共有 30 个阵元，阵元间距为 0.25m，1 号阵元同一深度。

图 2.4 消声水池声源及垂直水听器阵布放示意图置旋转一周的同时，相当于垂直水听器阵围绕声量包络面被各阵元划分成数个小面积单元，，记总jS ，则声源的辐射声功率为[37]：210 10211 1 10 log ( ) 10 log ( NjW jjrefPL SS p S == +源的自由场辐射声功率级，S 表示柱形测量包络元对应的均方声压值，R 表示房间常数，refp 表声水池进行，在这种情况下，直达声分量远远大为：210 2110 logNjW jjrefPL Sp== 转装置的转动间隔为 20°，由信号发生器(Agilen
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.70;TJ6

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 苏楠;庞福振;王毅娜;叶亚龙;;基于声学无限元法的加筋圆柱壳声振特性研究[J];船海工程;2014年02期

2 尚大晶;李琪;商德江;林翰;;水下翼型结构流噪声实验研究[J];声学学报;2012年04期

3 李智劳;闫云聚;屈康康;宁晓周;;基于无限元方法的壳体外声场仿真研究[J];机械设计与制造;2011年10期

4 尚大晶;李琪;商德江;侯本龙;;水下声源辐射声功率测量实验研究[J];哈尔滨工程大学学报;2010年07期

5 石焕文;肖静;仇菲菲;盛美萍;;有限长圆柱壳水中辐射声场的解析法与有限元/边界元研究[J];陕西师范大学学报(自然科学版);2010年04期

6 张向阳;;ACTRAN——声学模拟专家[J];CAD/CAM与制造业信息化;2010年01期

7 叶江涛;刘岩;张晓排;;混响室中不同试件面积对吸声系数的影响研究[J];噪声与振动控制;2009年02期

8 朱从云;黄其柏;;基于特性阻抗的测量吸声系数的一种新方法[J];机械设计与制造;2008年08期

9 于英霞;张伟;;基于有限元法的带肋圆柱壳结构的强度分析[J];河南科技大学学报(自然科学版);2008年03期

10 芮元勋;蒋国荣;;声场计算机模拟中吸声系数的修正[J];电声技术;2008年03期

相关会议论文 前1条

1 章林柯;何琳;朱石坚;;潜艇主要噪声源识别及贡献比计算方法综述[A];第十届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2005年

相关博士学位论文 前2条

1 肖静宇;几类分数阶微分方程的数值方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 唐锐;水下壳体结构低频声辐射预报方法与试验测试技术研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

相关硕士学位论文 前5条

1 傅太白;非齐次边界条件分数阶微分方程的有限元法研究[D];中南大学;2014年

2 刘佩;潜深对圆柱壳振动声辐射的影响及相似性研究[D];大连理工大学;2013年

3 尹绪超;声学无限元方法及其在水下航行器噪声预报中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

4 钟超;有限长双层圆柱薄壳结构振动有限元方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

5 操安喜;基于ANSYS的船舶结构有限元计算模板的研究与应用[D];武汉理工大学;2004年

本文编号：2694197