多途混响环境中声扩频信号线性与相关性分析

为分析浅海多途信道中声扩频信号的相关性和线性,建立了计入频率衰减与海底损耗的浅海Pekeris波导虚源法计算模型;对浅海中的脉冲信号与扩频信号进行了仿真计算,通过混响室试验初步研究了多途混响环境中扩频信号的线性。仿真结果显示:虚源法和简正波法的频域解一致,得到了与简正波理论相同的低频模式频散现象,验证了虚源法适用于浅海理想波导、Pekeris波导中的低频问题;当发生模式频散,低频扩频信号的相关性能强于同扩频参数的高频信号。试验结果表明:低频脉冲的时域波形发生畸变、展宽时,同频率的扩频信号能准确测出反射信号的几何时延,证明了低频多途效果仍可看作每个“路径”信号的线性叠加。

短周期PN序列水声直扩系统抗单频干扰能力的变化规律与试验验证

对无法定量分析短周期PN序列直扩系统抗单频干扰性能的问题,首先通过理论推导得到单频干扰经相关处理产生的干扰分量;然后,结合直扩系统对单频干扰的处理增益,针对水声系统扩频序列周期较短的现实情况,提出了周期性PN序列水声直扩系统抗单频干扰性能定量分析的理论表达式;最后,通过仿真和试验验证了理论表达式的正确性。结果表明:单频干扰经相关处理后得到的干扰序列呈直流或正弦分布;单频干扰对系统误码率的影响与信干比、干扰频偏、相位偏差以及扩频码本身结构有关,误码率随干扰相位偏差变化呈周期分布;在干扰频偏值为整数倍码元带宽的所有工况中,频偏为一倍码元带宽的单频干扰对系统影响最大;简明的理论表达式,对快速预报现实短码水声系统抗单频干扰性能的变化规律具有重要意义。

基于处理增益方法的水声直扩系统抗干扰能力研究

针对采用周期PN序列的水声直接序列扩频(DSSS)通信系统,提出基于处理增益的水声直扩系统抗干扰能力的研究方法,研究宽带干扰、部分频带干扰以及单频干扰下系统的抗干扰性能,通过仿真对直扩系统在不同干扰下的抗干扰性能进行研究分析。结果表明,直扩系统对宽带噪声干扰的处理能力有限,与非扩频系统相比,系统抗干扰性能无明显提高;直扩系统对部分频带干扰抑制作用明显,其具体效果与干扰相对信号载频的位置以及干扰带宽有关;单频干扰对直扩系统性能的影响与干扰相对信号载频的位置有关,当干扰频偏为码元带宽的整数倍时,频偏为一倍码元带宽时系统抗干扰性能最差;干扰瞄准信号载频时,3种相同功率的干扰下,系统抗单频干扰能力最强。仿真结果与试验结果一致,表明本文所提出的基于处理增益的水声直扩系统抗干扰能力研究方法的可行性与有效性,为直扩系统的抗干扰性能分析提供了新的方法与思路。

一种基于流固耦合问题的低频散射声场预报方法

提出了一种流固耦合作用下的低频散射声场预报方法。从边界积分方程出发,推导弹性散射中流固耦合方程,通过引入附加质量、附加阻尼、附加压力概念实现解耦。将弹性散射表述为纯刚性散射项与二次辐射项的叠加,建立了刚性散射与弹性散射的联系。与辐射问题不同,散射中流体对结构的作用不仅表现为附加质量和附加阻尼,还存在一个与结构响应无关的压力项,且该压力项是二次辐射项的激励源。采用Fortran编写了边界元算法程序,用DMAP语言实现与Nastran的对接,形成了完整的散射声场预报方法,通过与理论结果对比,验证了预报方法的正确性。圆柱壳散射的计算结果表明:低频散射时弹性不可忽略;圆柱壳厚度对弹性散射强度和指向性有明显影响;肋骨对柱壳散射的影响与振动形式有关,环肋骨对以弯曲模态为主的弹性散射影响很小。

具有强扰动程度的振动局域化现象研究

振动局域化效应是非周期结构的典型特征,而扰动程度是衡量结构非周期性的重要指标。为研究强扰动程度对振动传递特性影响的一般规律,首先以弹簧振子系统为例,采用模态分析法和基于统计理论的波传递法计算强局域化系数。同时基于通频带近似的等效方法,将一维系统的结论应用到二维结构,推导出非周期环肋圆柱壳的强局域化系数。研究结果实现了强扰动程度下振动局域化系数的定量计算,所得结论可为通过增加扰动程度而降低结构的振动传递性能提供理论支撑。

翼型体广谱声的频域预报方法

本文提出了一种广谱声预报的频域方法 ,并通过与试验数据的比较证明了方法的有效性 ,尽管文中以平板翼为例 ,进行了实例计算 ,但方法本身适用于任意形体在介质中以亚音速作惯性运动时的广谱声预报。相对于时域方法而言 ,由于省去了将频域数据转化为时域数据的中间过程 ,因此该方法较时域方法 (CasperandFarassat,2 0 0 2 )更为有效。本文的关键在于具有平均流效果的格林函数的成功应用 。

导管螺旋桨敞水性能的预报和比较

借助于计算流体力学软件,对导管螺旋桨的敞水性能进行了数值模拟,得到了在不同网格模型和湍流模型下导管螺旋桨的正车敞水性能曲线,通过与试验图谱的对比分析,发现Wilcoxk-ω模型更适合于导管螺旋桨的敞水性能计算,并且采用结构化网格和非结构化网格相结合的计算方法能够满足导管螺旋桨敞水性能预报的工程精度要求。同时,当网格中存在少量高度倾斜的网格单元时,在不影响计算收敛的情况下,仍能将计算误差控制在10%以内。此外,如果要获得更为精确的计算结果,应提高网格质量,尽量使用结构化网格,并将近壁面网格加密,合理控制壁面附近的Y+值。虽然网格数量的增加并不总是意味着计算误差的减少,但合理控制网格细密度能够获得更为可信的计算结果。

静水压力作用的水下结构振动及声辐射

采用有限元/边界元方法开发了静水压力作用的水下结构振动与声辐射的计算程序。依据不同分析域的特点,对结构域和流体内域采用有限元方法,对流体外域采用边界元方法。分析了流体-结构相似特性,使通过对常规结构有限元分析程序中的参数作合理设置,使之能直接用于内域流体声学有限元分析。流体外域采用边界元方法,选取合适的格林函数,能够考虑无穷远和自由液面边界条件。流体对结构的作用表现附加质量和附加阻尼。采用FORTRAN代码计算外域流体附加质量和附加阻尼矩阵,采用结构有限元分析程序对结构和内域流体作有限元分析,采用DM AP代码将附加质量和附加阻尼同结构质量矩阵和阻尼矩阵相叠加,实现了流固耦合计算。通过几何刚度矩阵对结构刚度矩阵修正来考虑静水压力对结构声辐射的影响。

浮体与系泊系统的耦合动力分析

浮体与系泊系统的耦合动力分析对各种新型海洋平台和海洋结构物的应用具有重要意义。在浮体和系泊系统的时域耦合分析中,研究并提出了一种预报浮体和系泊系统非线性运动响应和缆索张力的分析技术。考虑瞬时物面变化引起的各种非线性因素,在时域内建立浮体的非线性运动方程并求解,其中,入射波力和静恢复力按瞬时物面条件计算,辐射力和绕射力按浮体在瞬时平均湿表面为平衡位置做简谐振荡运动来计算;考虑系泊缆索受到的非线性流体动力及大位移,采用三维弹性梁理论将缆索模型化,把缆索看作是等拉伸、等弯曲刚度的细长结构,并采用非线性有限元法对缆索的运动方程进行求解;将浮体的分析方法和系泊缆索的分析方法结合,建立了浮体和系泊系统非线性运动响应和缆索张力的耦合计算方法;对缆索,使用高阶单元,只需要较少的单元就可以得到收敛解;对耦合动力分析方程,采用隐式、显式混合的数值格式,最终将方程化为显式格式进行求解,并且合理排列和控制求解次序,这样大大提高了计算效率。对系泊浮体的固有周期、各种工况下大幅非线性运动、缆索张力等进行了计算,并进行对比研究,可以看出,该文的方法既适用于缆索小变形条件下,也适用于缆索大变形条件下浮体与系泊系统的耦合动力分析。

采用波数域方法分析细长柱壳的振动与声辐射特性

采用波数域方法对细长柱壳进行振动与辐射噪声分析。在获得细长柱壳表面振动后,法向振动在波数域展开为波数谱,结构振动波数特征由此得以直观展现,与辐射噪声相关的有效振动量得以定量给出。对细长柱壳的波数谱分析表明:低阶周向波数振动是其参与有效声辐射的主要成分,通过不等间距分舱可以在一定程度上控制有效声辐射振动级,从而控制结构的噪声辐射,但对整体呼吸运动的振动则效果不显著。

双层柱壳的流固耦合模态计算与试验研究

采用结构有限元和内域流体有限元的流固耦合计算方法,对球壳及其内域流体进行有限元离散计算,并将计算所得的模态振动频率与理论结果进行了比较。采用同样的方法,进一步对加筋双层圆柱壳进行了流固耦合的复特征值分析,并求解了其固有频率和振型。试验分别对双层柱壳充水和不充水情况下模态和模态频率进行了测量,结果证实了数值计算方法的正确性。

以舱段模型代替整艇模型进行噪声估算的可行性探讨

采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,对SUBOFF潜艇模型的一个舱段在考虑不同声反射边界条件下的水下辐射噪声进行了数值计算,并讨论了以舱段模型代替整艇模型进行噪声估算的可行性。分析结果表明,不同声反射边界条件下辐射噪声的指向性比较一致,但不同边界条件下辐射噪声的最大声压级误差较大,声反射边界条件对舱段模型辐射噪声的影响不可以简单忽略,为对不同潜艇结构进行噪声估算提供了参考。

有限元/边界元法求解多连通域声辐射问题

本文用混合有限元 /边界元法求解浸没在无限流域中任意形状结构物的声辐射问题。求解多连通域声辐射问题时 ,采用有限元构建内流域和结构域 ,边界元构建外流域 ,应用流体结构域交界面法向速度连续性条件耦合声流域和结构间的相互作用。对球形结构的数值计算同其理论结果的比较表明其有效性。对环肋双层柱形结构分别对考虑和不考虑腔间进水做了计算 。

随机力作用下的水下结构声辐射分析

本文基于混合有限元法/边界元法,对浸没结构物在随机作用力下的声辐射问题进行随机分析,并开发了随机作用力下结构-声辐射系统响应的计算程序。分析表明,辐射噪声的响应谱密度不仅与各激振力的功率谱密度有关,而且与他们的互谱密度相关。对环肋双层柱形结构的计算表明了该方法的可行性。

船舶推力轴承纵向橡胶减振器设计

介绍设计一种嵌入式船舶推力轴承纵向橡胶减振器,以隔离由于螺旋桨脉动推力激励而引起的船舶轴系纵向振动。首先,建立减振系统的动力学简化模型,通过计算分析对减振块刚度参数进行优化设计;其次,根据刚度优化结果和相关经验公式对橡胶减振块的外形尺寸进行设计;最后对减振块的强度特性进行校核分析。结果表明所设计的减振器满足强度指标要求;在此基础上,提出橡胶减振块在推力轴承上的具体布置形式、开槽及装配固定方案,为船舶推力轴承纵向减振器的设计计算提供参考。

纵桁对环肋圆柱壳体水下振动与声辐射的影响

采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,对具有不同数量纵桁的加筋环肋圆柱壳水下振动与声辐射噪声进行了数值计算,并对数值计算结果进行了初步的比较和分析,讨论了纵桁的数量对圆柱壳水下振动与声辐射的影响。结果表明:纵桁对圆柱壳水下的减振降噪有较好的效果,并且纵桁的数量越多,减振降噪效果越好,但增加纵桁的数量也相应增加了艇体的重量,在潜艇结构设计时须在降噪及艇体重量间综合权衡。

结构不等间距布置对圆柱壳结构声学性能的影响

为研究结构不等间距布置对圆柱结构声学性能影响的一般规律,应用有限元方法对等间距与不等间距加肋圆柱壳模型的振动响应进行计算,并以壳体法向的振动位移响应为输入,求取模型的均方法向速度级声学传递函数,并采用波数谱分析方法将壳体在空间域中的振动位移响应转换到波数域上,从而将振动分离为多种幅值不同的简谐波的叠加,方便从振动机理上解释结构不等间距布置对圆柱壳结构声学性能的影响。研究表明,肋骨的不等间距布置相比等间距布置对圆柱壳结构声学性能有较大改善,虽然在止带频段使得壳体局部振动增大,但在通带频段却能使振动大幅降低。

均匀流场中螺旋桨线谱噪声的频域预报方法

为研究均匀流场中的螺旋桨远场辐射线谱噪声,在Lighthill声类比理论和FfowcsWilliam-Hawkings方程的基础上,应用带有平均流效果的格林函数,建立了螺旋桨线谱噪声的频域预报理论,突破了现有理论需要假设薄机翼和必须在投影平面对声源进行积分的界限,允许在螺旋桨真实叶表面对声源进行积分.数值计算及与实验结果的比较表明,该频域方法是有效的,并且具有相当高的预报精度.对线谱噪声指向性分析表明,最大值与螺旋桨轴垂直,并且随频率增加主瓣宽度相应减小.

基于波数谱的双层圆柱壳外壳振动与声辐射特性分析

为说明双层圆柱壳外壳振动模式与声辐射间的一般性规律,在通过结构有限元耦合流体边界元方法获得外壳的振动响应后,采用波数谱分析方法将其振动响应在无限长圆柱面上进行波数域的展开,实现振动的波形分离,并获得振动和声辐射功率波数谱,从而对其振动与声辐射模式进行判断。研究表明,双层圆柱壳外壳的周向振动呈现为多模式特征,轴向振动具有短波振动特征;周向辐射模式为低阶辐射模式,轴向辐射模式为长波辐射模式。

舱壁打孔的环肋圆柱壳振动性能分析

为研究舱壁打孔对结构振动性能的影响,以环肋圆柱壳为研究对象,采用有限元法,计算结构在不考虑开孔加强结构的条件下,改变圆形孔的大小、位置、数量以及含圆形孔的舱壁数量时的均方法向速度级,得到不同工况下整个结构的均方法向速度级频率响应曲线。数值计算结果的比较和分析表明:激振频率在150～350Hz时,4种工况对模型均方法向速度级影响不大;350～1 000 Hz时,在部分激振频率下,4种工况对模型均方法向速度级的影响变大。可见舱壁开孔在满足工程需求的同时,也可有效减少艇体质量,但同时也会一定程度地改变结构振动特性,须在潜艇实际设计中予以考虑。