水下有限长弹性圆柱壳振动声辐射有源控制

发布时间：2017-07-07 01:00

  本文关键词：水下有限长弹性圆柱壳振动声辐射有源控制

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【摘要】：水下航行器航行时存在很多低频强线谱噪声,成为敌方水声探测设备的捕捉特征,对水下航行器的安全和攻击能力产生很大影响。水下航行器线谱噪声与动力系统、传动和转动系统的振动特性紧密相关,利用传统的无源方式难以控制,可采用有源方式加以控制。本文将水下航行器简化为有限长圆柱壳体结构,在分析其低频声-振特性的基础上,开展结构振动声辐射有源控制研究。本论文完成的主要工作有： (1)有限长圆柱壳低频声振特性分析。以两端简支有限长弹性圆柱壳为对象,基于Flugge薄壳理论建立了圆柱壳受激振动的理论模型。研究了圆柱壳在不同流体中的低频声振特性,给出了有限长圆柱壳声辐射模态的计算方法,分析了低频范围内不同流体中振动模态和声辐射模态的对应关系,确定了圆柱壳声辐射中的主导声辐射模态,这对选择结构声有源控制策略有很大帮助。 (2)研究了基于力源的水下有限长圆柱壳辐射噪声有源控制。在流固耦合作用下,推导了次级力最优强度解析表达式。通过单个控制力与两个控制力的控制效果对比研究,发现对于水下圆柱壳体结构振动声辐射,可以在壳体上放置激振器产生次级控制力,并通过优化激振器的布放、控制力幅度和相位达到控制结构声辐射的目的。另外,可以通过控制低频范围内主导声辐射模态来降低水下壳体低频振动声辐射。从控制前后总声压和各周向阶数振动模态的声压指向性来看,频率相同时不同位置次级控制力的控制机理不同,因而控制效果也不尽相同。以圆柱壳总辐射声功率最小为控制目标时,有源控制的机理在于降低与结构模态对应的主导声辐射模态幅度,同时保证其它声辐射模态的幅度不会有大的升高,从而有效控制结构振动产生的声辐射。 (3)研究了基于声源的水下有限长圆柱壳辐射噪声有源控制。首先推导了两段同轴共线有限长弹性圆柱壳之间的互辐射阻抗计算公式,讨论了互辐射阻抗对低频声辐射性能的影响。然后,考虑流固耦合效应下,利用二次最优理论,以辐射声功率最小化为目标函数,得到次级环带声源的最优强度；分析了次级环带声源与初级圆柱壳体间距以及次级激励力位置对辐射声功率控制效果的影响,并讨论了控制前后远场辐射声压的空间分布。最后,采用局部控制,以若干点声压均方和最小化为目标函数,可以有效降低误差传感点处的声压,局部控制平均可以达到10dB左右的控制效果。 (4)建立了结构声辐射有源控制的近场及虚拟误差传感策略。采用离散点结构振动传感技术和虚拟传感技术,通过在结构表面安装加速度计或在近场布放水听器测量壳体振动信号或近场声压信号,然后建立传感器传递函数来估计特定位置远场辐射声压,以估计的辐射声压最小化为控制目标,达到有源控制的目标。结果表明由结构表面或近场测量的振速或声压估计远场需要降噪区域的声压,通过有源控制,使得这些位置的声压最小,其控制效果与直接最小化远场声压取得的效果相似。 (5)完成了水下有限长圆柱壳结构声辐射有源控制实验研究。分别完成了次级力源和次级声源两种方法控制水下圆柱壳辐射噪声的实验,验证了水下噪声有源控制效果、自适应有源控制器的稳定性和算法的收敛性、初级噪声频域组成方式及频率变化对控制效果的影响以及次级作动器和误差传感器配置对控制效果的影响。
【关键词】：有限长圆柱壳 有源噪声控制 结构声有源控制 振动模态 声辐射模态 误差传感策略
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.941;TB535
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 符号说明8-10
• 目录10-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 研究背景和意义13
• 1.2 结构振动声辐射有源控制13-16
• 1.3 圆柱壳振动声辐射及有源控制16-21
• 1.3.1 圆柱壳的振动声辐射16-18
• 1.3.2 圆柱壳振动声辐射有源控制研究18-21
• 1.4 论文主要研究内容21-23
• 第二章 有限长圆柱壳的低频声振模态特性分析23-47
• 2.1 有限长圆柱壳的声振特性23-32
• 2.1.1 圆柱壳振动方程23-25
• 2.1.2 真空中有限长圆柱壳的自由振动25-26
• 2.1.3 流场中有限长圆柱壳辐射声的计算26-28
• 2.1.4 辐射阻抗28-29
• 2.1.5 有限长弹性圆柱壳的声振响应29-32
• 2.2 有限长圆柱壳低阶振动模态声辐射特性32-36
• 2.2.1 不同流体中有限长圆柱壳低频振动模态分析32-34
• 2.2.2 不同尺寸中各周向阶数的振动模态对辐射声功率的贡献34-36
• 2.3 有限长圆柱壳的声辐射模态36-46
• 2.3.1 声辐射模态理论36-40
• 2.3.2 空气中圆柱壳振动模态与辐射模态的对应关系40-43
• 2.3.3 水下圆柱壳振动模态与辐射模态的对应关系43-46
• 2.4 本章小结46-47
• 第三章 有限长弹性圆柱壳辐射噪声的有源力控制47-65
• 3.1 水下有限长圆柱壳结构声的有源控制47-55
• 3.1.1 水下航行器有源力控制模型47
• 3.1.2 次级力源最优强度47-49
• 3.1.3 次级力源位置和数目对控制效果的影响49-53
• 3.1.4 基于主导辐射模态的水下圆柱壳有源控制53-55
• 3.2 有源控制前后的声场特性55-60
• 3.3 利用模态方法分析有源力控制机理60-64
• 3.3.1 不同激励力频率处的模态幅度变化60-62
• 3.3.2 不同位置次级力控制时的模态幅度变化62-64
• 3.4 本章小结64-65
• 第四章 有限长弹性圆柱壳辐射噪声的有源声控制65-85
• 4.1 有限长弹性圆柱壳间互辐射阻抗的计算65-71
• 4.1.1 两段弹性圆柱壳间互辐射阻抗66-68
• 4.1.2 不同速度分布下的互辐射阻抗68-71
• 4.2 全局控制71-79
• 4.2.1 次级声源最优激励强度72-75
• 4.2.2 次级声源布放和激励位置对控制效果影响75-77
• 4.2.3 远场辐射声压分布77-79
• 4.3 局部有源控制79-83
• 4.3.1 局部控制理论80-81
• 4.3.2 控制前后的声压变化81-83
• 4.4 本章小结83-85
• 第五章 有限长圆柱壳结构声辐射有源控制误差传感策略85-107
• 5.1 基于声压估计的离散点结构振动传感策略85-87
• 5.1.1 离散点结构振动传感策略85-86
• 5.1.2 水中离散点结构振动传感器布放86-87
• 5.2 虚拟误差传感策略87-104
• 5.2.1 基于单极子声源的自由声场有源控制88-96
• 5.2.2 基于等效声源的水下航行器有源控制虚拟传感策略96-100
• 5.2.3 基于虚拟误差传感的水下圆柱壳结构声辐射局部有源控制100-104
• 5.3 本章小结104-107
• 第六章 水下有限长圆柱壳有源降嗓实验研究107-123
• 6.1 实验目的和实验系统107-110
• 6.1.1 实验目的107
• 6.1.2 实验系统构成107-109
• 6.1.3 主要实验仪器及用途109-110
• 6.2 控制算法及分析110-111
• 6.3 次级力源作用时的有源控制实验研究111-117
• 6.3.1 单通道有源力控制效果111-115
• 6.3.2 双通道有源力控制效果115-117
• 6.4 次级声源作用时的有源控制实验研究117-121
• 6.4.1 单通道有源声控制效果117-119
• 6.4.2 双通道有源声控制效果119-121
• 6.5 本章小结121-123
• 第七章 全文总结123-127
• 7.1 论文主要工作总结123-124
• 7.2 论文主要贡献及创新点124
• 7.3 今后工作展望124-127
• 参考文献127-139
• 攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况139-141
• 一、发表论文139-140
• 二、参加科研项目140-141
• 致谢141-142

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：528309