实心钢质球体低速入水瞬态声特性研究

发布时间：2020-06-23 06:27

【摘要】：随着结构减振降噪技术的发展,水下大型目标的稳态辐射噪声越来越低,瞬态辐射噪声逐渐成为水下目标的最主要暴露源。而物体入水声是海上瞬态辐射噪声的重要组成部分,鱼雷空投入水、飞行器的降落等物体入水瞬态声的检测有助于对入水目标的探测和识别,对于进行鱼雷早期预警、海上军事对抗有着重要的意义。钢球低速入水时会产生独特的水声信号,是有利于对目标进行更有效的监测和防御,同时对军用以及民用声呐性能的评估也是有利的。本文主要对实心钢质球体低速入水的水下声学特性进行了研究。通过对钢球入水过程进行测量分析,找到钢球入水声的主要影响因素,总结初始冲击声和气泡脉动声的声压幅值及频谱特性规律。同时,在“寂静区”观测到了一个独特的声信号,从频率方面对该信号进行声特性分析,发现其声压幅值超过初始冲击声,特征频率与钢球粒径成反比例关系,但当入水角度增大到一定程度后,不会再产生这种扰动声信号。总结钢球入水后激发气泡粒径的规律。此外,本文对钢球入水激发的气泡群的规模进行了人为的分类,分别为无明显气泡、大量小气泡及大气泡群三类,通过改变钢球的入水速度,从而研究钢球入水后所能激发大气泡群的临界距离与钢球粒径间的关系。为了实现钢球以特定运动状态入水,本文自行设计了一套新型钢球投放入水发射装置,该装置可以保证不同粒径的钢球以不同入水速度、入水角度冲击水面,从而避免人为因素的影响,同时可以保证钢球入水状态以及入水点的可重复性。由于水下瞬态噪声较难准确测量,且气泡脉动声作为钢球入水声的主要成分,其频率范围主要集中在200Hz-2kHz,所以本文提出了一种混响法测量与直接法测量相结合的测量方法,该测量方法通过在钢球入水点水下1m处测量目标声信号的低频部分,在混响控制区测量目标声信号高频部分的空间平均声压级,通过修正量的校准,从而得到钢球入水声辐射声功率级。利用此测量方法在混响水池里开展了实心钢质球低速入水瞬态声实验测量工作,从而总结实心钢球低速入水所激发的辐射声功率规律。
【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】：TJ630
【图文】：

高速摄像技术,入水

图 1.1 高速摄像技术记录下来的小球的入水全过程(见文献[7]图之 4)20 世纪中期，美国海军在入水问题的基础研究方面有了很大的突破，在垂直和过程中，他们对水面冲击、水下激发空泡以及入水后的弹道问题有了新的认识rrett Birkhoff[17]研发了一种可以准确描述物体入水产生的水下流场的新型测试装体低速入水领域上有了极大的突破。同年期间，A.May 也开展了球体垂直入力随球体粒径与入水速度改变的相关试验，分析得到了阻力系数与雷诺数及弗[18]

局部放大图,声信号,入水,钢球

哈尔滨工程大学硕士学位论文闭合阶段，入水过程中大量气泡的产生、振动以及破灭巨大的困难。水声特性文在混响水池中实验测量得到的实心钢球低速入水的典过程相似。从图中可以清楚地看出钢球入水声主要包括声信号，而气泡脉动声的声压幅值要远大于初始冲击声也更长一些。在初始冲击声和气泡脉动声之间存在一个信号[38]。图 2.2 是初始冲击声信号的四毫秒局部放大图极短，数量级在微秒左右。图 2.3 是“寂静区”的局部区”期间，也存在着一定的声信号，该段信号的声压幅弱于气泡脉动声。信号持续期间会叠加一些由于物体冲小气泡脉动声信号，持续时间在 30-50ms 左右，本文将，后续会专门对这一部分信号的声特性进行分析。

【参考文献】