水下圆柱壳声辐射激发水表面声波研究

研究水下声源声辐射激发的水表面声波,对在空气中进行跨介质水下声源探测具有重要意义。为研究水下声源声辐射激发的水表面声波特性,基于水下声传播理论推导水下稳态点源球面声波激励水表面声波的理论解,依据有限元方法,以脉动球点源为例进行数值分析验证,设计相应实验验证水平衰减规律及声源深度影响。基于声-结构耦合有限元方法研究声源深度等声源参数及环境参数对水下圆柱壳声辐射激发水表面声波的影响。研究结果表明:所提激励下的圆柱壳声源在半自由场环境中激发的海水表面波振幅在某些振型对应固有频率下的振幅远大于其他频率;海底和粗糙海面对水表面波振幅有影响;在所提载荷激励下,有限水深中水下圆柱壳声辐射激励的水表面波振幅在3倍圆柱壳半径以内及20倍半径之外潜深范围内与潜深呈正比,其他范围随潜深呈反比。

船舶水下声学信号传播特性及影响因素分析

本论文着重研究了船舶水下声学信号传播特征及其影响因素。首先,阐述了水下声学信号在水中传播的概念和特性,包括声速,衰减,反射,折射,散射等。其次,研究海洋介质性质、船体参数、声源参数等对船舶水下声学信号传播特性的影响。在此基础上,本项目将研究海洋介质性质中温度、盐度、气压等因素对声传播过程的影响。最后,探讨了该技术在海洋石油勘探、海洋环境监测等方面的应用。希望通过本项目的研究,能够为船舶水下声学信号传播特性的研究提供一定的借鉴意义。

基于HHT时频分析的水声信号特性提取与建模

为了完成对实测水下冲击信号的建模,充分提取信号声学特性是非常有必要的。本文以水池实测信号为研究对象,采用不同分析方法处理信号,最终发现希尔伯特黄变换(HHT)时频分析方法优势明显,在HHT时频谱图上可以看到非常清晰的时间、频率分布信息。在此基础上,使用多段线性调频(LFM)信号模拟实测水下冲击信号。比较实测信号与建模信号的HHT谱图可知,建模信号的频谱走势与实测信号相同,具有与实测水声信号非常相似的时频特性,验证了HHT时频分析的优势与建模效果。

声源激励下锥柱组合壳体水下声辐射特性试验研究

针对单层壳和锥柱组合壳2种典型壳体结构内部强噪声源引起的水下辐射噪声问题,开展小比例缩比模型的振动声辐射试验,给出不同结构形式对声激励下,圆柱壳结构振动与声辐射的影响规律及主导因素。试验结果表明:相同声源激励条件下锥柱组合壳结构声辐射频段总声压级最小。低频段下,单层壳与锥柱组合壳之间总声级差值可达8 dB;500 Hz以下频段声腔模态起主导作用,500~1 500 Hz频段内声腔模态和结构模态共同作用;内部声腔在其固有频率处会造成壳体的强烈耦合效应,从而出现声压级峰值。

三维孔腔流激噪声的大涡模拟与声学类比预报与验证研究

孔腔流动从属于与自持振荡密切相关的一类基本流动。在工业领域中,孔腔流动会引起结构振动与疲劳、噪声的产生与阻力的急剧增加,因而备受关注。文章通过大涡模拟结合FW-H声学类比方法,对于五种不同尺寸的方形孔腔在水中的流动发声进行了数值预报。首先,简要介绍了国际上采用大涡模拟结合声学类比在孔腔流激噪声数值预报方面所做的一些研究;其次,详细描述了所使用的大涡模拟方法、动态Smagorinsky亚格子模型以及FW-H声学类比方法。最后,详细分析了计算结果,包括孔腔中的流谱、孔腔与载体上的涡量分布以及五个孔腔的辐射噪声频谱。将噪声的计算结果与试验结果进行了对比,验证了文中所建立的数值预报方法的可靠性。

水下声信号的激光干涉测量

为准确测量水下目标的发声频率,在光学暗室下建立了基于激光干涉法探测水下目标的实验系统。当水下声源引起水表面波动时,用激光照射水面,携带声波信息的水面散射光与参考光干涉,利用精密光学测量装置探测光程差的改变,通过数据采集和处理系统从干涉信号的频谱分析图中解调出水下声信号的频率信息。干涉信号的频谱分析图中存在以水下声信号频率为中心的频带,频带宽度与自然水表面波引起的多普勒频移有关。实验结果表明,水下发声目标引起水表面波动的振幅在纳米级,系统可以实时探测出4～15kHz的水下声信号,且测量标准偏差<7Hz。该系统可满足水下目标识别技术的实时性、准确性等要求。

特定频率响应FIR滤波器的设计及其在水声中的应用

在水声信号处理中,有时普通滤波器不能够满足应用要求,需要利用具有任意的给定频率响应的滤波器。本文利用自适应方法设计具有给定频率响应的FIR滤波器,并将该方法设计的滤波器用于产生宽带信号的精确时延信号和进行时域宽带波束形成,使用效果较好。该类滤波器使用非常有效,而且计算量小,易于工程实现。

汽轮机非线性间隙气流激振力作用下含裂纹转子的振动特性研究

建立了在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下裂纹转子-轴承系统的动力学分析模型,并采用数值积分方法研究此类裂纹转子系统的分岔与混沌特性。利用Poincare截面和分岔图的变化分析汽轮机非线性间隙气流激振力和裂纹深度对系统振动响应特性的影响。分析结果表明:汽轮机非线性间隙气流激振力会使得系统的周期性运动状态提前,且混沌区域发生明显的减小;在浅裂纹时,汽轮机非线性间隙气流激振力对系统的响应起主导作用,且在超临界转速区域出现周期8运动;随着裂纹深度的增加,系统运动的混沌区域逐渐减小几乎消失,在超临界转速区域的逆周期运动演变为较长的周期3运动。研究结果可以作为含裂纹转子在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下耦合故障发生的典型特征,也可作为此类耦合故障诊断的依据。

一种稳健的恒定束宽波束形成方法

考虑到信号的方向信息存在误差时,宽带聚焦变换波束形成方法的稳健性会急剧下降,为了克服这种缺点,将稳健的二阶锥规划波束形成用于聚焦变换方法中,提出一种稳健宽带恒定束宽波束形成方法并将其应用于声呐探测。二阶锥规划波束形成是通过对阵列流形进行约束求解得到准确的权值,从而减少聚焦数据误差,避免估计畸变,得到恒定束宽,提高了聚焦变换恒定束宽波束形成器的性能。借助计算机对圆环形传感器阵列在宽频段内进行恒定束宽波束优化设计,并进行了实验研究,结果表明该方法对信号信息误差有很好的宽容性,能实现我们期望得到的恒定束宽波束图,能应用于实际的声呐探测中。并且比传统的二阶锥恒定束宽方法有更高的稳健性。

基于Lighthill声类比的流激噪声三维计算及验证

随着舰艇管路系统中阀门、泵及弯管等部件流激噪声问题的日益突出,水动力流激噪声数值计算方法逐渐受到关注。针对阀门的流动诱导噪声问题,文章结合大涡模拟和Lighthill声类比理论,建立了流激噪声混合计算方法并对类阀空腔模型进行了数值模拟和验证。首先,流场采用大涡模拟计算了低马赫数下三维类阀空腔模型的非定常流动。然后,将流场计算结果导入ACTRAN,通过ACTRAN中基于有限元/无限元的Lighthill声类比理论对流噪声进行求解。最终将流激噪声计算结果与声学试验进行了对比分析。对比结果表明,该流激噪声混合计算方法可行且计算结果可靠,可应用于水动力噪声的研究。

南美白对虾进食前后发声信号特点分析

为了探索南美白对虾进食前后发声信号特点和规律,首先进行了养殖虾塘环境下的实验,利用水听器与采集器采集信号;然后利用Matlab软件对信号进行频谱分析和时频分析,得到南美白对虾的发声信号规律。实验证明,在淡水养殖环境下,南美白对虾产生的声信号具有一定的规律,一般情况单个脉冲信号时长为0.005 s,主峰频率在2~10 kHz之间,投饵后主峰频率有所扩大,约在5~15 kHz之间。投饵后南美白对虾随着咀嚼活动的展开产生的信号增多,并且时频域特征明显与投饵前不同。该实验结果为利用南美白对虾产生的信号来控制投饵机实现按需投饵提供了可能。

两次去相关用于振动信号盲分离

盲分离方法通常要求对混合信号进行去相关,提出了一种基于两次去相关的振动信号盲分离方法。首先对传统的预白化方法进行了分析,指出其本质就是空间去相关;然后对白化后信号某一非零延迟进行时间去相关,得到两次去相关盲分离方法,并对该方法的可分性进行分析,给出两次去相关盲分离方法的详细步骤;最后分别用亚高斯、超高斯的混合信号和振动混合信号的分离试验验证了该方法的可行性。

海洋水声调查中爆炸声声源级的测量分析

从海洋调查实际出发,结合海调设备及爆炸声信号原理,介绍了一种爆炸声声源级的测量方法和数据处理方法,并对爆炸声声源级的测量影响因素做了详细分析。该方法测得的数据精确度高,且简单易行,所测得的数据为声传播损失测量提供了有力参考,并在海洋调查试验中取得很好的效果。

螺旋桨负荷噪声研究

运用非定常升力面方法和Goldstein声相似理论研究了螺旋桨的负荷噪声特性，给出了方法和理论结果的简要介绍．并运用数值计算方法对螺旋桨负荷噪声进行了计算分析，得到了一些具有工程实际意义的数值计算结果。

穿越深海会聚区的声源定位方法研究

基于WKBZ近似深海会聚区预报模型和方位滤波方法建立了穿越会聚区声源运动参数的估计模型,模拟结果表明,方位误差较小时,在前三个会聚区内,目标运动参数估计结果与模拟设定参数符合较好。

基于MIMO模型的潜艇声学故障预报研究

利用多输入多输出(MIMO)量化分析模型对潜艇潜在故障源进行分析,并通过频段因果性检测解决M IM O模型各输入源的优先权问题,从而方便地得到了各源相对于叠加场的贡献百分比动态曲线,以用于潜艇声学故障的预报.给出了潜艇声学故障预报的一般流程,并阐述其应用步骤.用一个水池实验验证了文中所提出的方法的可行性.

激光-声联合探测中水表面声波检测方法进展

激光-声联合探测技术在空基-水下通信、水下目标探测及海洋环境检测等领域具有巨大的应用潜力,对于国家安全、资源勘探和海洋监测等具有重大意义。其中,水表面波检测技术是激光-声探测的关键技术。系统研究了水表面波检测技术中常用的激光衍射法、光通量法、激光多普勒测振法和激光干涉法等方法,系统阐述和分析了其技术原理、发展现状及存在的问题,结合我国当前的现状和迫切需求,给出了水表面波检测技术的发展趋势,对该技术的研究和发展具有很好的参考价值。

水下大功率电磁式脉冲声源设计与研究

建立了大功率电磁式脉冲换能器的时变振动数学模型,利用有限差分方法得到了该模型的数值解。分析了声源的电磁参数和物理结构对辐射声压大小的影响,确定了最优的参数。设计和制作了电磁式脉冲声源,进行了性能测试。结果表明,电容充电6 kV情况下距离换能器1 m处峰值声压226 dB,中心频率25 kHz,与模型结果(峰值声压225 dB,中心频率24.5 kHz)吻合较好。进而证明了本文提出的时变振动模型可以为设计和优化大功率电磁式脉冲声源提供理论指导。

基于单地震波传感器的运动目标参数估计方法

远距离的强振源和近距离的弱振源在接收器中可能会引起相同的信号强度,从而使以检测能级阈值为主的目标区域判别方式造成误判,达不到良好的毁伤效果。利用单个三轴地震波传感器接收舰船航行时产生的水中和海底声信号对目标进行被动探测定位,与舰船产生的信号强度无关,与距离也无关,经理论分析表明:该方法能够检测出舰船的运动参数及从水雷上方通过的时间,从而确定水雷的最佳打击位置。

侧推器脉动压力及噪声的试验研究

侧推器桨叶负荷重、叶梢间隙很小,比普通螺旋桨更容易产生空泡,因此振动和噪声问题更加突出。公开文献中相关试验研究极少。作者在上海交通大学空泡水筒开展了侧推器脉动压力和噪声的模型试验研究,对于齿轮箱位于桨叶上游的情况,考察了来流速度、螺旋桨转速以及空泡对脉动压力和噪声的影响。试验分析表明前两个因素影响很小;有空泡时的脉动压力和噪声均比无空泡时明显增大;有空泡时,随着空泡数的降低,桨盘面处的压力脉动会进一步加剧,而噪声却下降了。