敷设阻尼层的加肋圆柱壳辐射性能及噪声特性分析

论文摘要

随着水下声对抗技术的不断发展，声纳对水下目标的识别和跟踪能力大大加强，如何更有效地提高潜艇的隐身性能，已成为当代海军装备技术中一个急需解决的重要课题。有限长圆柱壳是潜艇耐压和非耐压船体的主要结构形式，在潜艇船体上敷设阻尼层是一种主要的减振降噪方式。因此研究敷设的阻尼层对加肋圆柱壳在流场中的声辐射特性的影响十分重要。 本文研究了流场中在径向简谐激励作用下的加肋圆柱壳体，敷设阻尼层后的振动和声辐射性能。壳体位移函数采用满足两端简支边界条件的圆柱壳在真空中的自由振动模态的叠加。壳体振动采用经典的Flugge薄壳理论来描述。利用模态展开法将壳体的位移用基于双级数形式展开；假定阻尼层厚度与其伸缩波长的比值远小于1，将阻尼层的位移沿厚度方向利用Taylor展开的近似方法来求解Navier方程；应用Neumann外边值问题的谐和Green函数解得声压的表达式，再用壳体表面的边界条件来求解，得到壳体振动所产生的用壳体位移来表示的声压表达式。最终导出壳体在流场中的流固耦合振动方程。通过阻尼层与壳体作用的边界条件求解流固耦合振动方程，解得辐射声场的表达式。并应用所解得的辐射声场表达式，计算了壳体在点源径向简谐激励下的表征壳体总体振动与声辐射的两个物理量：辐射声功率级和振动均方速度级。数值分析并讨论了阻尼层的各项参数的变化对壳体振动和声辐射性能的影响，为圆柱壳甚至潜艇的减振降噪提供了一定的参考。 随着潜艇等水下目标隐身性能的提高，为了探测与识别对方目标，则要求我方声纳对水下目标的识别和跟踪能力大大加强，如何更有效、快速地提取目标特征十分关键。 为此，本论文研究了两种有效的目标特征提取的新方法，即基于高阶谱与循环谱的方法。主要研究了基于三阶累计量对角切片的1 1／2维谱和基于

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 立题意义
• 1.2 敷设阻尼层的圆柱壳在流场中的振动与声辐射特性研究现状
• 1.3 高阶统计量及循环理论的国内外研究现状
• 1.4 本文的研究内容和研究方法
• 第2章 敷设阻尼材料的有限长加环肋圆柱壳体的声辐射
• 2.1 模型及理论假设
• 2.2 壳体振动控制方程
• 2.2.1 壳体表面的位移函数
• 2.2.2 壳体外表面自由阻尼层的处理
• 2.3 作用力
• 2.3.1 阻尼层作用力
• 2.3.2 内部激励力
• 2.3.3 环肋作用力
• 2.3.4 无阻尼层有限长加肋圆柱壳辐射声压
• 2.4 耦合声场求解
• 2.4.1 边界条件
• 2.4.2 控制方程组
• 2.5 求解方法
• 2.6 无阻尼层的加肋圆柱壳的声场解
• 2.7 辐射性能的表示
• 2.8 本章小结
• 第3章 辐射声场计算结果分析
• 3.1 自由阻尼层材料介绍
• 3.2 模态截断的收敛性分析
• 3.3 加肋对敷设阻尼材料圆柱壳声辐射的影响
• 3.4 敷设阻尼材料对加肋圆柱壳声辐射的影响
• 3.5 静水压缩因子对环肋柱壳声辐射的影响
• 3.6 阻尼材料的参数对声辐射的影响
• 3.6.1 阻尼材料弹性模量对声辐射的影响
• 3.6.2 阻尼层厚度对声辐射的影响
• 3.6.3 阻尼材料损耗因子对声辐射的影响
• 3.7 阻尼层对表面声压的影响
• 3.8 本章小结
• 第4章 基于高阶谱的水下目标特征提取
• 4.1 水下目标噪声特性分析
• 4.2 高阶统计量理论
• 4.2.1 高阶距与高阶累计量的定义
• 4.2.2 高阶谱的定义
• 4.2.3 1（1/2）维谱的定义、性质及算法
• 4.3 线谱特征检索算法
• 4.3.1 谱的形状特征
• 4.3.2 谱峰识别原则
• 4.4 基于1（1/2）维谱的线谱特征提取
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于循环谱相关的噪声特征分析
• 5.1 循环平稳概念
• 5.2 循环谱密度函数
• 5.3 利用循环谱线关提取信号特征参数
• 5.2.1 仿真信号的处理
• 5.2.2 水下目标辐射噪声的循环平稳特征分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历
• 附录 A