水下复杂结构全频段声振预报与特性分析＊

亢泽阳，齐宪国，郑卫刚

（武汉理工大学能源与动力工程学院，湖北武汉430063）

水下复杂结构全频段声振预报与特性分析＊

亢泽阳，齐宪国，郑卫刚

（武汉理工大学能源与动力工程学院，湖北武汉430063）

当下结构被激励影响产生振动问题时，会在水介质中产生辐射形成声场。其与气体反应不同，水介质的在这一系统中具有不可压缩性，在表面外壳中形成反作用力，产生一个声振耦合体系，导致潜艇自身在水中实际运作性能和安全受到影响，需要加以关注，增加对水下复杂结构全频段声振预报与特性关注度，确保潜艇的实际应用性。主要就水下复杂结构全频段声振预报与特性进行了分析和研究。

水下复杂结构；全频段声振；预报特性；流噪

现阶段，国内外众多研究人员增加了对水下复杂结构全频段声振预报与特性分析和研究，加深了对单双层圆柱壳潜艇高频段和低频段全频段声振特点研究。潜艇噪声主要来自与螺旋桨、机械装置、流噪等，对潜艇战能力带来影响较大，因此，国内外研究人员应该深入分析和研究水下复杂结构全频段声振预报与特性，保证在水下避免受到噪声的影响。

1 背景阐述

潜艇具有隐蔽性，这对自身作战能力造成了较大影响，是影响潜艇作战关键因素。现阶段世界对潜艇的探测技术主要是水声探测技术。因此，我们可以说潜艇自身的噪声水平对其隐性性能有影响。随着科学技术的不断发展，为声纳技术带来了全新的发展契机，促进了声纳技术的发展，人们对下水系统中声学性能给出了全新的要求和标准。所以，社会的不同领域、不同学者增加了对声振预报工作关注度，研究利用优化和完善系统结构，降低噪声和辐射。在不断研究和分析后，国内外研究人员总结了众多经验与理论知识，提出潜艇在水下运作期间，噪声主要来自与螺旋桨、机械装置、流噪等等。在这3种不同的潜艇噪声来源中，潜艇机械噪声影响最大，是最为关键的噪声来源。所以，详细和科学地预报潜艇结构声音辐射与振动，可在军事领域发挥积极影响，意义重大。潜艇结构形式包括单圆柱壳潜艇、双圆柱壳潜艇。在水下系统中，单圆柱壳影响双圆柱壳潜艇辐射振动研究具有实际意义，是未来水下振动与噪声、辐射主要研究方向[1]。

2 水下复杂结构全频段声振预报与特性

2.1 水下复杂结构全频段声振预报研究

在对下复杂结构全频段声振预报研究时发现，其可以依据SEA理论方法开展，在中频和高频段中，降低了高频和中频内部结构，对边界元和有限元高密度模态预报局限。在实际分析环节，可以节省工作时间，不必对全部阶段模态详细求解，也不必对每个阶段模态振动贡献量分析。单一站在统计角度，把振动产生能量作为基础系数，依据能量传递特点和性质，分析研究振动能量运作情况。利用SEA理论方法时，在高频内部（高频处于高模态和高密度环节）流场和耦合力问题解决中发挥作用最大[2]。

SEA理论主要是对下复杂结构全频段声振能量统计和分析，在实际分析期间，构建一个系统完整的工程，包括声学系统和结构的模态群，依据模态形式与特点，结合相关标准和准则，把整个系统划分为多个部分，利于独立法线性耦合系统的子系统。模态相关标准与准则就是振型，需具有相同性模态能量，消耗与损失因子与阻尼，这样模态就具备了与动力学相似的特征。SEA子系统可以实现振动存储目标，把振动能量整合后存储。SEA子系统参数包括模态密度、内耗损因子、耦合损耗、输入和输出功率等，SEA系统参数与系数分析模型展示图如图1所示。

在利用SEA理论对下复杂结构全频段声振能量进行统计和分析期间，需加以关注CLE意义，分析CLE物理属性，把被激励的对象系统中能量运作到其他系统中。比如，把子系统中能量运作到不同间接激励子体系中，利用CLE描述2个系统之间耦合能力和耦合程度，CLE是这2个耦合系统之间联系纽带，代表了子系统耦合能力大小和作用强弱，证明了能量从这一系统运作到另一系统。

2.2 层间关联形式的影响

对于航行器而言，如果其在水下系统中利用圆柱结构类型时，其具有自身的特征。结构属于双层加肋布局，内部是抗压壳，外部为轻外壳。2个不同层次、壳之间利用拖板以横向形式关联和支撑。在实际工作中的内部系统和外部系统中，圆柱壳间有流体介质，形成振动力沿着内壳运作到托板中，再经由托板运作外壳。因此，需要全面考虑不同层间受到介质影响的程度；分析充液对工程的影响，在层间开展充液工作时，托板支撑系统阐述的结构功率与分频带整个系统中存在的功率相同，即流体单独影响与作用和层间的作用相同，与2种关联形式整合运作的结果相同。在中频系统中，层间流体发挥传递作用，但在这一频段内，托板发挥的实际作用小，2种关联形式与单独关联流体运作发挥的作用接近。然而，相互关联的共振系统的子系统可实现能量存储目标。因此，子系统是指有限区域内具有相同的共振形式和模态的系统。详细而言，在复杂结构全频段声振预报分析中，SEA理论方法具有优势，其可以结合实际情况建立一个系统或多个系统，在受到外界影响后，可形成稳定振动，产生振动能量，利用子系统边界发挥子系统耦合作用，实现能量交换目标，对每个系统中存在的折振动物理量详细分析并预报。

3 结论

在水下结构中，辐射和噪声主要来自内部动力设备，包括齿轮箱设备、推进设备、阀门和主要辅助设备等。把振动运作到外壳中，会导致下水体系出现振动和噪声，使螺旋桨受到影响，在实际运行期间出现噪声，对汽艇的运行造成较大的影响。对复杂结构全频段声振预报可以利用SEA理论运用，其主要是对复杂结构全频段声振能量进行统计和分析，并在实际分析期间构建系统、完整的工程，包括声学系统和结构的模态群，可以节省工作时间，不必对全部阶段模态进行详细求解，具有实际应用价值。

［1］冯娜.水下复杂结构的声振预报方法与特性分析［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013.

［2］乐瀚洋.潜艇结构模型的全频段振动声辐射分析［D］.大连：大连理工大学，2015.

［3］刘林波.船舶复合阻振结构的阻振性能实验及应用研究［D］.镇江：江苏科技大学，2015.

TB56

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.029

2095－6835（2017）14－0029－02

亢泽阳（1996—），男，武汉理工大学能源与动力工程学院2014级本科生，轮机工程专业，研究方向为轮机工程、机械（第一作者）。齐宪国（1994—），男，武汉理工大学能源与动力工程学院2014级本科生，轮机工程专业。郑卫刚（1967—），男，湖北武汉人，技师，主要研究方向为机电技术。

〔编辑：张思楠〕

武汉理工大学自主创新基金项目（编号：175205008）