潜艇声频信号特征控制分析与展望

当前，各海军大国都在潜艇的设计和改造中努力减小其声频信号，即降低自噪声与辐射噪声和减小目标强度，用于提高自身的隐蔽性能，减小被非合作方探测到的可能性。本文对今后１５年国外潜艇声频信号特征控制的发展进行了概述。     

控制潜艇声特征信号的特种材料

各国海军正致力于降低舰艇和潜艇声特征信号,其主要表现在两个方面：减少本艇自噪场 和辐射噪声,以便在降低敌方探测能力的同时,改进本艇被动探测性能;使用消声涂层减少目标强度,从而减少主动声呐威胁,在愈来愈低的频率上确保有效性能的唯一方法是将水下振动与声学专门技术与先进的材料技术结合起来,还描述了最近开发的各种类型隔声、阻尼消声材料。各种材料的到补能力使得我们有在声速、阻尼、密度、静态可压缩性和热传导方     

不同工况下潜艇艇体-桨整体声辐射特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究潜艇大侧斜螺旋桨在不同工况下的艇体-桨整体声辐射特性。[方法]以SUBOFF潜艇模型和七叶大侧斜螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟(LES)和声学有限元方法(FEM),以及使用Fluent流体计算软件和LMS Virtual.Lab声学仿真计算软件进行联合仿真计算。[结果]结果表明:在潜艇存在进速的工况下,其艏部、指挥室围壳、艉部方向舵和螺旋桨区域的速度压力分布变化最大,整体系统的噪声传播方向以艇体周向某一方向的声压级(SPL)最高,艉部方向舵次之;在潜艇不存在进速的工况下,整体系统的噪声与螺旋桨的旋转作用有关,且在440 Hz频率处存在峰值,超过其他工况下的声压级。[结论]潜艇的艏部、指挥室围壳和艉部方向舵区域是压力脉动的重点区域,与潜艇的进速密切相关;艇体-桨整体螺旋桨噪声在低频段也主要由上述3个区域产生,在中高频段螺旋桨区域开始对艇体-桨整体噪声产生作用,总的声压级随着频率的增加而逐渐升高。     

从潜艇水下噪声频谱中分离出螺旋浆噪声的研究

本文依据收集的资料，分析了潜艇噪声源及其特性；从声频特征信号分析出发，综合出从测获潜艇水下辐射噪声和自噪声中分离出螺旋桨噪声（旋转声、涡流声、空化噪声、唱音）的方法，可供从事螺旋桨噪声控制的研究人员参考。     

潜艇声隐身状态快速评估研究

  目的  为了研究后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响,  方法  针对螺旋桨不定常激振力诱发的艇体结构辐射声,以SUBOFF潜艇为原型,建立了包含螺旋桨和轴系实体结构单元的潜艇整艇模型,采用通用有限元程序NASTRAN计算其在真空中的振动特性,同时采用附加质量附加阻尼算法计算其在水下的振动和声辐射特性,对潜艇整艇结构在螺旋桨垂向激振力作用下的振动与声辐射特性进行分析,并着重考虑了后艉轴承刚度对潜艇整艇结构振动与声辐射的影响规律。  结果  研究指出,降低后艉轴承刚度使潜艇结构振动与声辐射的能力主要向其第2阶整体弯曲振动模态频率处集中,且第2阶整体弯曲振动模态频率逐渐向低频移动;在第2阶整体弯曲振动模态频率以上频段降低后艉轴承的刚度能够有效降低潜艇整艇结构的振动和声辐射。  结论  所得结果可为声学设计阶段潜艇关键部位结构参数的选取提供参考。     

潜艇结构振动声辐射数值计算

采用有限元／边界元法对潜艇水下辐射噪声特性进行了研究。依据潜艇各种真实的结构尺寸和设备参数，利用有限元软件ANSYS建立了接近于真实潜艇的有限元模型，并利用该模型来计算潜艇在水下低速航行时200Hz以下频率段的辐射噪声。首先计算了潜艇在电机激励时非耐压壳体表面节点的位移，然后将计算所得的位移结果转换成节点速度导入SYSNOISE边界元模型，以作为边界元计算时的边界条件来研究潜艇的辐射噪声，最后将计算结果与实际测量结果进行了对比，结果显示，在63Hz以下的准确性较高，而在63—200Hz频率段的误差则较大。     

双层圆柱壳内外壳振动与声辐射相似性研究

  目的  研究螺旋桨对潜艇结构振动和声辐射造成的影响。  方法  以螺旋桨不定常激振力为输入,分别以螺旋桨、艇体和整艇外湿表面的振动及其辐射噪声为输出,建立SUBOFF模型艇的艇体通道声学传递函数（ATF）,通过对比上述3部分湿表面的声学传递函数,对照传递函数谱峰频率与螺旋桨的模态频率及其振型,着重分析螺旋桨桨叶振动对螺旋桨垂向激励下潜艇结构振动与声辐射的影响规律。  结果  研究表明：螺旋桨对整艇结构振动和声辐射的影响主要与螺旋桨模态频率及单桨叶交叉振动振型有关。当螺旋桨出现单桨叶交叉振动振型时,螺旋桨和整艇湿表面的声学传递函数出现了明显的谱峰,谱峰频率与螺旋桨模态频率对应,而在艇体湿表面的声学传递函数中该谱峰并未被表现出来;在其他频段,艇体湿表面的声学传递函数基本反映了整艇结构的振动与声辐射特性。  结论  所得结果可为声学设计阶段潜艇螺旋桨的设计提供参考,亦可为整艇噪声源的识别分析提供新思路。     

国外潜艇声隐身技术现状与发展综述

分析了国外先进的潜艇声隐身单项技术,介绍了国外潜艇声隐身技术的发展现状和特点,发现其主要体现在降低辐射噪声和目标强度等方面.通过对各项技术的深入分析,得出了美俄先进核潜艇声隐身技术重点发展的5个方面.最后对潜艇声隐身技术的未来发展进行了展望.     

潜艇的回声特征控制及其海上测试评估

潜艇降噪技术的发展，使利用主动声呐进行水下目标探测又成为人们的研究热点，有关潜艇回声隐身的相关技术，也随之成为各国海军装备技术发展的重点之一。本文简要介绍了潜艇回声特征控制的发展现状，及水下目标回声特性海上测试技术的发展展望。     

运用AutoSEA分析潜艇结构的高频声辐射特性

以AutoSEA2为工具建立典型单壳体潜艇结构的统计能量分析模型;分析潜艇结构噪声的辐射特性,对各噪声源在总噪声辐射中的贡献进行排序;针对性地采取了隔振减振措施并分析其效果。     

潜艇声隐身技术进展

对国内外在潜艇声隐身领域取得的部分技术成就以及正在开展的研究进行了慨述,提出了国内该领域技术发展的建议.     

潜艇首部声呐平台区低频自噪声预报方法

介绍一种潜艇首部声呐平台区低频（10Hz～500Hz）自噪声预报方法。采用有限元软件ANSYS求出声呐平台区结构在外力或声激励下，每部分结构的均方速度。然后根据各部分结构形式的特征，采用各自适合的经验公式求取其辐射系数。如果部件进行了声学处理，还应该再考虑阻尼材料影响因子。最后分别确定各部分结构的辐射声压，合成为平台区自噪声。本方法比较实用，分析结果对平台区结构声学设计、声学材料选型和布置形式具有指导作用。     

运用代理模型方法预测潜艇结构模型的振动声辐射

基于Kriging模型和最优对称拉丁超立方体抽样方法,以简化的水下潜艇结构模型为例建立水下相对复杂结构振动声辐射计算的代理模型,可对水下潜艇结构模型进行共振频率和声功率级的预测。建立的代理模型可以在整个设计变量尺寸范围内对模型的振动声辐射进行实时预测。由计算结果得出,使用基于Kriging方法的代理模型能较准确地完成固有频率和声功率级的预测。所建立的代理模型能快速、准确地预报在整个设计变量尺寸范围内潜艇结构模型的振动声辐射。     

潜艇首部声呐平台区中、高频自噪声预报

潜艇首部声呐平台区结构复杂,激励也是随机和宽带的,其中,高频（500Hz～10kHz）自噪声预报通常采用SEA（统计能量分析）.由于缺乏实测和试验资料,各子系统间耦合因子和各结构的内损耗因子难以确定,只能近似估算.本文采用试验和SEA相结合的方法来预报其平台区自噪声.通过模型实验测出子系统在各种激励力下的动响应,进而求得子系统振动能量;采用经验公式计算各子系统模态密度,最后利用统计能量法来预报潜艇首部声呐平台区自噪声,得到了令人满意的结果.     

深潜艇推进电动机的H∞控制研究

为了抑制转子电阻参数摄动和洋流、海浪引起的转矩波动对深潜艇推进电机调速系统的影响,对应用状态反馈鲁棒控制方法来处理推进感应电动机磁场定向下的矢量控制问题进行了研究,并在此基础上,根据建立的深潜艇直航运动模型和螺旋桨四象限动态工作情况下的仿真模型,进行了深潜艇直航推进仿真.仿真结果表明,这种方法能够有效抑制转子参数摄动和负载转矩波动对系统动态性能的影响.     

潜艇平台大变形的控制研究

对潜艇平台进行结构简化,并对其稳定性进行计算,分析潜艇内部平台结构产生大变形的原因,借助Ansys有限元分析软件,通过改变平台结构的相关参数进行计算分析,比较各参数对平台变形的影响,提出控制平台结构大变形的方法和措施,确保平台变形量在允许的10 mm内,以保证安装在其上管路的安全性.     

螺旋桨空化噪声对潜艇航行隐蔽性影响分析

潜艇的螺旋桨噪声与潜艇的航速、下潜深度以及螺旋桨的特征尺度密切相关,是潜艇水下的重要噪声源。为此,定性分析潜艇螺旋桨的噪声来源,进而对螺旋桨的空化噪声特性进行定量仿真分析和实验验证。在此基础上,结合战术背景和水文条件对潜艇攻击中的搜索目标、接敌占位和攻击后的撤离规避等环节提出了具体可行的潜艇小噪声操纵控制方案,得出的结论对于减少潜艇螺旋桨空化噪声、保持潜艇声隐蔽操纵方法的作战运用具有重要的参考价值和指导意义。