基于表面阻抗测量的声学覆盖层吸声系数测试及修正

[目的]鉴于采用传统的水声管试验方法测量潜艇声学覆盖层的表面阻抗要求较高,提出一种可简化试验的基于阻抗测量的吸声系数测试方法,并解决阻抗测量中非平面波反射的修正问题。[方法]首先,将覆盖层简化为阻抗率矩阵边界和结合流体边界条件,推导出覆盖层表面不同半径处的速度;然后,通过汉克尔积分变换建立非平面反射波压力与轴向速度的关系,得到修正非平面波反射的吸声系数公式;最后,对模型样品进行数值计算和表面阻抗测量,分别与理论计算和传统的水声管测试方法所得结果相互比较,以验证所提方法的有效性。[结果]数值计算结果表明:实心覆盖层得到的结果与理论结果一致;圆柱空腔结果与理论结果有明显差异。阻抗测量的结果经平面波处理后与水声管试验结果有较大误差,经修正后与水声管试验结果较为吻合。[结论]覆盖层空腔易引起非平面波反射,在阻抗测量中需要予以修正;经修正后的阻抗测量方法得到的吸声系数与传统的水声管试验方法在所关注的频段内一致,且简化了试验,具有一定实践价值。

敷设分层梯度声学覆盖层的加肋圆柱壳声辐射特性研究

单壳体潜艇敷设声学覆盖层应具有机械噪声、水动力噪声和声目标强度控制的多功能特性,为此需要解决两个基本问题:其一,提高机械噪声低频控制效果;其二,实现覆盖层的多功能兼容性。本文从降低机械激励壳体声辐射角度出发,采用模态叠加法,建立无限大理想水介质中分层梯度声学覆盖层与有限长加肋圆柱壳的声振耦合及声辐射模型,基于声学覆盖层模态传递函数特性,计算分析声学覆盖层分层梯度分布及厚度、层数等参数对加肋圆柱壳辐射噪声影响的特征和规律,给出分层梯度声学覆盖层的特征声阻抗渐变参数分布并与敷设均匀声学覆盖层降噪特性比较。研究结果表明:加肋圆柱壳敷设内层至外层声阻抗逐渐递增,各分层取慢波速的声学覆盖层,具有比均匀声学覆盖层更有效地降低外表面振动位移的特性,可明显增加降噪效果,并扩展低频降噪范围。声学覆盖层的优化应增加声阻抗的内分层失配和外分层适配的效应,有利于降低加肋圆柱壳低频声辐射,并可兼顾降低声目标强度。

一种声学覆盖层用弹性防护涂层的制备及性能研究

以液化MDI、端氨基聚醚、胺类扩链剂等原材料制备了一种用于橡胶类声学覆盖层表面的弹性聚脲防护材料,并对该材料进行阻燃性能改性。考察了该喷涂聚脲材料的力学性能、声学性能、耐环境性能以及阻燃性能。结果表明,该材料力学性能和耐环境性能优异,阻燃改性后材料的氧指数可以达到27。在配合专用底漆后,该材料与声学覆盖层的附着力良好,可以对声学覆盖层提供有效防护。

静压下带金属孔板声学覆盖层的耐压与吸声特性

为改善静水压力作用下传统声学覆盖层的吸声性能,提出了将金属孔板插入传统声学覆盖层中的水下声学覆盖层结构。以静力学方法研究了该声学覆盖层结构在不同静水压力下的形变情况。通过建立静水压力作用下的声学有限元方程,分析了该声学结构在不同静水压力下的吸声效果。与传统声学覆盖层相比,在静水压力为0~6 MPa时,该声学结构在中、高频段获得了更好的宽频吸声效果。此外,还讨论孔板厚度、孔板材料及孔板孔隙率对该声学结构吸声性能的影响。研究表明设计含金属孔板声学覆盖层可有效改善静水压力条件下水下声学结构的吸声性能。

含螺旋结构的水下声学覆盖层吸声特性研究

设计一种含圆柱空腔和金属螺旋结构的水下声学覆盖层,该覆盖层在565~5000Hz频率范围内平均吸声系数在0.85以上,具有带宽、吸声性能强的特点。通过有限元法分析该覆盖层的位移变化特点以及结构几何参数对吸声性能的影响,结果表明:金属螺旋结构的引入使基体橡胶产生反向运动(与入射波引起的基体橡胶位移方向相反),两个方向的运动在一定程度上可以相互抵消,从而消耗入射声波能量并有效提升吸声性能。叶片宽度、空腔半径、螺旋阶数的增加使得吸声峰向低频移动,但整体吸声性能会随之下降。

嵌入金属填充物的复合结构声学覆盖层吸声特性研究

设计一种在声波入射端为半无限大水域工况下使用的,内含圆柱空腔、钨板以及铝制框架的复合结构声学覆盖层。利用仿真软件建立其有限元模型,对比该复合结构覆盖层与仅含空腔结构覆盖层的声学特性,同时通过两种覆盖层的位移云图对两者的位移变化特点及相应吸声机理进行分析,随后探究覆盖层的几何参数对其吸声性能的影响。研究表明,若以吸声系数0.95作为标准,该复合结构声学覆盖层具有8568 Hz的吸收范围,具有宽带、高吸声的特点。

含硅橡胶复合结构的声学覆盖层吸声特性研究

设计一种在声波入射端与出射端均为半无限大水域工况下使用的,内含空腔硅橡胶单元与金属板的复合结构声学覆盖层。利用仿真软件建立有限元模型,对比硅橡胶单元与域边界距离不同情况下的声学性能,验证嵌入金属板能够有效地提升覆盖层的声学性能,同时研究金属材料不同情况下对覆盖层声学性能的影响,并通过覆盖层位移云图对其吸声机理进行分析。研究表明,该结构可以实现在3300~8000 Hz频段内保持稳定在0.9以上的吸声系数。

基于传递矩阵法的声学覆盖层透射系数预报研究

针对含周期单元声学覆盖层的透射系数计算方法展开研究,提出一种数值加解析的联合方法用于改善计算效率,首先以声阻抗管三水听器双负载法测试原理为基础,建立有限元模型并获取覆盖层的等效传递矩阵,结合多层均匀介质声透射解析理论计算覆盖层透射系数。为验证算法的准确性,将有限元直接计算结果与该算法计算结果对比,结果显示采用该算法在大部分频率范围内能准确预报透射系数。该方法可为有效优化声学覆盖层降噪性能提供理论支撑与方法指导。

船用声学覆盖层吸声性能的试验

针对含复合渐变型空腔结构的声学覆盖层,分析运用了分层等效理论,在试验中,采用控制变量法,探究声学结构对吸声系数的影响规律,并归纳声学材料对声学覆盖层吸声系数的影响规律。最终设计出一种声学覆盖层结构,并通过试验进行验证,测试结果证明该结构在各频段下的吸声效果良好。

应用传递矩阵法求解非均匀声学覆盖层吸声系数

针对含周期单元声学覆盖层的吸声系数计算方法展开研究,提出一种数值加解析的联合方法用于改善计算分析效率。首先,以声阻抗管三水听器双负载法测试原理为基础,建立声管有限元模型并获取覆盖层的等效传递矩阵,结合多层均匀介质声吸收解析理论计算覆盖层吸声系数。为验证算法的准确性,将有限元直接计算结果与数值加解析计算结果对比,结果显示本文算法在大部分频率范围内能准确预报吸声系数,并详细分析了计算误差的产生原因。该方法为有效提高声学覆盖层降噪性能优化提供理论支撑与方法指导。

敷设声学覆盖层平板流激声辐射研究

声学覆盖层被广泛应用于水下航行器降噪设计,但对其流激声辐射研究相对较少。本文首先利用非相关平面波合成湍流脉动压力,并结合振声有限元模块建立流激声辐射数值算法,以水下四边简支平板流激辐射噪声为例与解析解进行对比验证;然后以三维弹性理论解析解为基础,建立敷设声学覆盖层平板辐射噪声有限元模型。最后,探讨敷设声学覆盖层平板流激声辐射产生机理以及影响覆盖层降噪性能的关键参数,为水下结构声隐身提供技术支持。

基于遗传算法的声学覆盖层等效参数反演方法研究

针对敷设声学覆盖层结构的声学特性数值仿真需求,本文提出一种基于遗传算法的声学覆盖层等效材料参数反演方法。将内部有空腔结构的声学覆盖层等效为多层均匀材料,定义关于多角度反射系数的目标函数,反演各层均匀材料复纵波、剪切波速度,分析反射系数数量、方位对材料参数反演精度的影响,摆脱传统方法面临的初值依赖性和多值性问题。数值仿真表明,该方法可以准确反演多层均匀材料复纵波和剪切波速度,并可用于敷设声学覆盖层结构的目标强度数值仿真分析。

声学覆盖层内嵌空腔的一种数值优化方法

给定材料参数的条件下,如何确定最优声腔结构是声学覆盖层设计中的关键问题。针对去耦型声学覆盖层,提出一种轴对称模型与拓扑优化相结合的方法,可以快速寻得最优的声腔结构。文中采用轴对称简化模型来描述周期性覆盖层的声学特性,通过与正方形模型、六边形模型以及实验结果的对比,验证了有限元模型的正确性。采用基于密度的拓扑优化方法,对覆盖层的不同区域进行了优化,以此为基础,获得一种含U型腔的覆盖层结构,在常压和静压下,其隔振性能均优于典型的圆柱空腔覆盖层的隔振性能。

敷设声学覆盖层的板架结构抗冲击性能数值计算研究

为提高潜艇的隐身性能,通常在潜艇非耐压壳板外表面敷设消声瓦,在耐压壳体的外表面敷设隔声去耦瓦,在耐压壳体内表面敷设"阻尼层"(以上三种结构统称为多种声学覆盖层);由于声学覆盖层含有空腔的特殊结构形式,该空腔结构形式在受到爆炸冲击波时,腔体将产生变形并吸收能量,这将严重影响潜艇的抗冲击性能。因此,针对敷设声学覆盖层的板架结构的吸能性能进行研究,找出了覆盖层空腔结构变形、速度及加速度与冲击波能量吸收之间的关系,得到敷设声学覆盖层板架结构的抗冲性能;并对声学覆盖层结构进行优化,在此基础上,给出兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计及性能参数的优化建议。

含椭圆柱型空腔的声学覆盖层的吸声特性研究

为进一步探索空腔谐振的吸声机理,研究了以钢板和空气为背衬的含椭圆柱型空腔的声学覆盖层的吸声特性.运用有限单元法对单空腔结构的覆盖层和混合型空腔的覆盖层的吸声性能进行了计算.结果表明,在相同穿孔率的情况下,含椭圆柱型空腔的覆盖层相对含圆柱型空腔的覆盖层具有更低的谐振频率,且扁率越大,谐振频率越低.含椭圆柱型空腔的覆盖层更具有一般性和优化空间,这符合覆盖层消声频率向宽频方向发展的要求.

声学覆盖层对潜艇抗水下爆炸能力的影响研究

为提高潜艇的隐身性能,潜艇壳体表面常敷设声学覆盖层结构。声学覆盖层常设有各类空腔等特殊结构形式,在受到水下爆炸冲击波时,空腔很容易产生变形并吸收能量,对潜艇的抗冲击性能产生影响。采用复合板单元的等效方法,针对敷设声学覆盖层的潜艇的抗冲击性能进行研究,得到了声学覆盖层对潜艇破坏环境、冲击环境的影响规律。研究表明,声学覆盖层将增加艇体结构对冲击波能量的吸收,使潜艇的破坏环境变坏,并使潜艇典型部位的设计冲击谱增大,但随着声学覆盖层的敷设方式不同,典型部位的设计冲击谱变化也各不相同。

静水压下声学覆盖层声阻抗研究

采用有限元方法计算静水压作用下声学覆盖层空腔的受压变形,采用多层均匀分布厚壁圆柱筒体的薄层来模拟声学覆盖层内复杂的空腔,用传递函数法推导多层介质的声传播矩阵列式。进一步结合实验所得不同静水压下声学覆盖层的材料特性参数,建立静水压作用下声学覆盖层声阻抗的求解方法。通过与某型声学覆盖层试验结果的比对分析,验证了本文所述计算方法的正确性。在此基础上,分析了静水压对声学覆盖层声阻抗的影响。

多层声学覆盖层复合的有限长弹性圆柱壳声辐射特性研究

针对水下双层圆柱壳内外壳体各表面敷设隔声阻尼层的情况,建立了有限长多层复合加实肋板的双层圆柱壳水下声辐射计算模型。对模型采用模态展开法,系统考虑壳体与隔声层和实肋板耦合,外表面声学覆盖层作用和外部声场耦合,并以状态矢量对应的矩阵形式导出复合壳体辐射声功率的计算表达式。数值计算了隔声阻尼层和外场声学覆盖层层参数,实肋板参数和壳体阻尼对模型辐射声功率的影响。研究结果表明:有实肋板时阻尼层的降噪量最高接近15dB,实肋板的声短路作用限制了隔声阻尼层的降噪效果;双层隔声阻尼层比单层隔声阻尼层降噪效果好3-4dB。外场声学覆盖层受实肋板影响较阻尼层小,其降噪量达10dB左右。

含圆台型空腔的声学覆盖层吸声特性研究(英文)

基于有限单元法研究了以空气为背衬的含圆台型空腔的声学覆盖层的吸声特性。对单腔结构的覆盖层和混合型空腔的覆盖层的吸声性能进行了数值分析。结果表明,在相同穿孔率的情况下,含圆台型空腔的覆盖层相对含圆柱型空腔的覆盖层具有更优良的吸声性能。

水下爆炸应力波在含声学覆盖层结构中的传播规律

针对舰船的含声学覆盖层结构,对水下爆炸作用下应力波在该结构中的传播规律进行研究。采用二阶Godunov方法,建立水下爆炸应力波在多层介质中传播的计算模型,并与经典Taylor平板解析解进行对比验证;通过对不同工况下的应力波传播规律分析,获得边界条件、声学覆盖层厚度等参数对其影响规律,可为舰艇抗冲击设计、研究提供参考。