变截面圆柱形空腔覆盖层吸声系数的二维近似解

具有空腔周期性排列的粘弹性结构在水声工程中有着广泛的应用.将包含变截面圆柱形空腔周期性排列的吸声覆盖层的一个单元进行分段近似成多层圆柱管结构,并应用子域分割法在分段的接合界面处满足平均轴向位移和平均轴向应力连续,给出了变截面圆柱形空腔吸声覆盖层吸声系数的二维近似解.分析了高阶传播波和分段层数对吸声系数的影响,比较了不同空腔形状对覆盖层吸声性能的影响.研究结果表明,在一定频率范围内,主要是最低阶传播模式对吸声性能起作用,喇叭型空腔结构较圆柱型空腔结构吸声覆盖层的吸声性能更加优良.在覆盖层设计中,空腔的形状应有一个优化的过程.     

嵌入粘弹性包覆层的吸声覆盖层低频性能研究

在单层牯弹性圆柱管吸声覆盖层的基础上,发展了嵌入低剪切波波速包覆层即双层粘弹性圆柱管的吸声结构的理论模型.推导了轴对称波特征方程的低频近似解,并根据牛顿迭代法进一步计算精确解,为吸声覆盖层的低频性能快速预报提供基础.数值分析表明包覆层嵌入比例的增加、或者包覆材料剪切波速的减小能有效地改善低频吸声性能.     

加周期纵肋圆柱壳声辐射

本文研究了水中加周期纵肋圆柱壳在点力激励下的声辐射特性.壳体振动采用薄壳理论的Donnell方程描述,纵肋振动采用相互独立的梁的纵振动和弯曲振动方程描述.通过周向模态展开和轴向Fourier变换导出圆柱壳体径向振速表达式,使用波数域稳相法积分得到了远场辐射声压的解析解.数值计算给出了接收点正对激励点情况下的远场辐射声压级,并据此进行了机理分析.在加周期纵肋无限长圆柱壳中存在两类辐射机理:亚音速的弯曲波辐射和超音速的Bloch弯曲波分量辐射.由于圆柱壳体表面存在曲率,亚音速的弯曲波也能辐射极小部分能量到远场,并形成频带极窄的共振峰.加周期纵肋圆柱壳在周向是一种无限周期结构,存在多阶次的Bloch弯曲波.低于水中声波数的Bloch弯曲波分量能够通过相位匹配的方式高效辐射到远场.Bloch弯曲波的辐射存在一定的频率下限,其下限与纵肋的间距有关,纵肋间距越大辐射的频率下限就越低.     

水中有限长加肋圆柱壳的平均辐射率

利用模态展开法,推导了水中有限长不加肋和加肋圆柱壳平均辐射率理论公式。分析了流体负载有限长无肋圆柱壳与其等效矩形板的联系,及轻、重流体负载圆柱壳模态波数图和辐射特性的差异,提出了水中有限长无肋圆柱壳平均辐射率的半经验公式。与理论结果对比表明,半经验公式能很好地反映平均辐射率的整体趋势或平均值,特别是在中高频。在此基础上,通过引入修正因子将该半经验公式拓展至加肋圆柱壳情况,修正因子与肋骨根数、肋骨总质量与壳体质量比有关。数值对比表明,该公式能较好地反映辐射率的趋势或平均值,对不同尺寸圆柱壳、不同数量肋骨都有较好的适应性。     

舱壁对圆柱壳振动声辐射影响研究

文章研究了加舱壁构成的多舱段圆柱壳的振动声辐射特性。壳体振动基于薄壳控制方程,舱壁振动分别考虑相互独立的面内伸缩与面外弯曲振动,建立用阻抗矩阵表示的壳体振动和辐射声功率解。通过数值计算研究舱壁对共振声辐射的影响,讨论舱壁个数、厚度及激励力位置对辐射声功率的作用,并分析舱壁作用机理。针对舱段长度与壳体直径之比在1.5到2.0之间的情况,计算结果表明,舱壁附加机械阻抗的作用导致壳体模态频率向低频移动,但基本不改变低频共振辐射的状态。多道舱壁在高频段降低壳体的均方振速,增加辐射效率,但对辐射声功率影响较小。激励力位置对低频共振辐射产生较大影响,特别是谷值变化可能高达10dB。舱壁的作用主要由其伸缩振动引起,因为伸缩振动产生的径向力的声激励效率最高。     

声呐目标回声特性预报的板块元方法

将计算雷达散射截面的板块元方法引入到声呐目标强度计算中.在应用Kirchhoff近似计算水中目标散射声场时,用一组平面板块元近似复杂形状目标曲面,所有板块元的散射声场的和就是总散射声场的近似值.通过将单个板块元的积分化为代数和避免了面积分运算,使得板块元法比通常的面元积分法计算速度提高许多倍.针对声呐的情况将此方法推广到目标近场和非刚性表面回声特性预报.用这种方法解决了多种声呐目标的回声计算并开发了专用软件,能够快速计算各种形状声呐目标的目标强度.     

目标覆盖层在典型浅海波导中的消声作用

应用非刚性表面声散射的物理声学方法,发展了基于射线跟踪技术的浅海波导中覆盖消声层目标回声计算的数值方法。选取Benchmark潜艇模型和两种假想的消声覆盖层(反射系数在垂直入射时相同,随角度增加的速率不同),讨论了自由空间和浅海信道中弱正梯度和负梯度两种典型声速剖面条件下刚性及覆盖消声层目标的回声特性。结果指出:由于自由空间和浅海波导中目标回声形成机理不同,这两种覆盖层对自由空间中的消声作用影响较小,对浅海波导中的消声作用影响较大;自由空间中消声覆盖层的消声作用不能完全反映其在浅海波导中的实际效果;在实际浅海波导中为了获得较好的消声作用,不仅要在0度入射角还应在小角度(0-30度左右)范围内将覆盖层的反射系数控制在较小的数值区间。     

多源随机激励下多舱段圆柱壳辐射声功率

文章研究了多源随机激励下多舱段圆柱壳的辐射声功率合成规律。在水下多舱段壳体振动声辐射数值计算模型的基础上,采用统计方法处理多源随机激励的辐射声功率。讨论了源的相干性、激励位置、间距和舱壁对总辐射声功率的影响。数值计算表明:在声波波长大于壳体一半长度的低频段,无论两个源是否位于同一舱段都要考虑源的相干性影响;在环频率以上的高频段源相干性的影响可以忽略,多个源随机激励满足能量叠加原理;而在中频段可以只考虑位于同一舱段内源的相干性的影响。     

柔性去耦覆盖层降噪机理分析

利用Hankel变换和传递矩阵方法,推导了点激励敷设柔性层系的无限大薄板的辐射声压插入损失和辐射声功率插入损失.理论分析指出,当钢板的质量较大或者频率较高时,柔性层系对于板本身的减振效果实际上很小,辐射噪声降低的主要原因是柔性层系的隔振或隔声作用.辐射声压插入损失与通常所理解的两边都是水时覆盖层的透声系数(及相应的隔声量)没有简单的关系.数值计算表明:(1)低频段存在一个失效区,辐射噪声不降反升;(2)柔性层的损耗越大插入损失提高越多;(3)阻抗渐变的柔性层系的敷设顺序引起的插入损失不同,但均比单层结构有更好的降噪效果.     

材料损耗对结构噪声相似性的影响

声学相似性是水下结构噪声模型试验的基础上，本文研究模型和原型用同一种材料制作时损耗对相拟性的影响。以水中有奶长圆柱壳体为理论模型，用辐射声功率和辐射率作为表征量导出了相似律。理论分析和对尺寸比1：2：3的三个壳体的数值计算表明，若材料损耗与频率无关，损损耗不影响相似性，若材料损耗是频率的函数，则损耗破坏相似性。