双层圆柱壳舷间声振耦合特性及控制技术

来源 :中国舰船研究院 | 被引量 : 18次 | 上传用户:guangtoucx
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本文针对双层圆柱壳体舷间振动和声辐射问题,开展了双层圆柱壳的舷间振动噪声传递机理、声振控制方法研究,采用模态展开法,建立了有限长双层加肋圆柱壳的振动和声辐射数学物理模型,分析了舷间水介质和连接结构的功率传递特性,提出了水下空气管隔声层和隔振实肋板控制措施,并通过模型试验验证了隔声层和隔振实肋板的降噪效果,为舷间声振控制提供了理论依据和解决方案,具有明确的工程应用背景和较高的实用价值。主要研究内容及创新点如下:针对双层壳体、横舱壁、环肋、周向连续实肋板、周向离散实肋板、龙骨、舷间声学覆盖层、舷间水层及外场水介质组成的复杂耦合系统,采用状态矢量概念和阻抗矩阵表达式,建立了以壳体振动模态位移矢量为变量的耦合系统振动矩阵方程,通过各子结构和声介质阻抗矩阵的增减,可以实现不同子结构对舷间声振耦合特性的分析;利用有限元软件分步校验了子系统建模方法。推导了舷间水层和实肋板的功率传递公式,计算分析了舷间水层、实肋板的功率传递特性,明确了舷间声振传递特征规律:0.5倍环频以下频段,双层壳体间功率传递以舷间水层传递为主,舷间水层传递的声功率比实肋板传递的声功率大10dB以上;0.5倍环频以上频段,实肋板传递的声功率对声辐射峰值的贡献更为明显;要控制低频声辐射,应以抑制舷间水层的声功率传递为主,要控制中高频声辐射,则应以控制实肋板声功率传递为主。提出了声学覆盖层敷贴在三维圆柱壳体的轴向波数扩展修正方法,在此基础上,提出了基于声阻抗测量的声学覆盖层的多层等效声阻抗模型,拟合了声学覆盖层的多层等效参数,计算了敷设声学覆盖层的圆柱壳振动和声辐射特性,分析了声学覆盖层应用于舷间的降噪效果,结果表明:声学覆盖层应用于舷间的降噪效果主要体现在300Hz以上频段,300Hz左右有2-3dB的降噪效果,700Hz以上有7dB以上的降噪效果,300Hz以下频段,声学覆盖层的降噪效果不明显。针对舷间水介质层和实肋板的声功率传递特征,提出舷间声振隔离措施,采用气管隔声层控制声传递、圆弧夹心型实肋板控制振动传递,计算分析了控制措施的降噪效果,并在大尺度双层圆柱壳模型上进行了试验验证,试验结果表明:100Hz以上频段,舷间声振隔离具有较好的降噪效果,使双层壳体的辐射声功率降低了2-10dB,为实现舷间声振传递控制提供了新技术。将简单双层壳体舷间声振耦合进一步扩展到多圆柱壳,计算分析了多圆柱壳结构的舷间共振耦合特性和辐射声场分布,揭示了50Hz以下低频段多壳体之间的共振声场耦合现象,明确了三圆柱壳的声遮蔽效应主要体现在正横方向,且随频率升高愈来愈明显;并针对三圆柱壳舷间声场耦合特性,提出了阻抗失配原理的列管式隔声单元,可在低频达到较好的隔声效果,200Hz隔声量达到5dB,2000Hz隔声量达到15dB以上。
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