有源振动噪声控制技术在潜艇中的应用研究
文章编号:1006-1355(2005)02-0001-06有源振动噪声控制技术在潜艇中的应用研究姜荣俊,何琳(海军工程大学振动与噪声研究所,武汉430033)摘要:阐述了有源振动噪声控制技术中控制器、作动器和传感器三大关键技术的研究进展,基于有源结构声控制已逐步成为未来主动噪声控制的一个重要的发展方向,主要介绍了振动主动控制方面的研究进展。从振动主动控制和噪声主动控制两个方面,介绍了振动噪声主动控制技术在舰船减振降噪中的应用现状,针对潜艇声隐身设计中被动振动噪声控制措施存在的不足及主动控制技术的发展现状,探讨了振动噪声主动控制技术在空间和有效载荷有限的潜艇中的应用前景,列举了未来潜艇声隐身设计中振动噪声主动控制技术可能的应用场合,以期为提高我国潜艇的隐身性能提供一定的借鉴作用。指出其对于提高潜艇的声隐身性能的重要意义。关键词:振动与波;噪声;主动控制;隐身;潜艇中图分类号:TB535文献标识码:AApplicationResearchofActiveNoiseandVibrationControlTechnologyinSubmarinesJIANGRongjun,HELin(InstituteofNoise&Vibration,NavalUniversityofEngineering,Wuhan430033,China)Abstract:Thelatestresearchdevelopmentsofthethreekeytechnologiesofcontroller,actuatorandsensorwhichareessentialtotheactivenoiseandvibrationcontrol(ANVC)technologiesaredescribedinthispaper.Fortheactivestructureacousticcontrolisbecominganimportantdirectionintheactivenoisecontroltechnologydevelopment,moreisputontheactivevibrationcontroltechnology.Fromactivevibrationcontrolandactivenoisecontrol,thetwoaspectsofANVCtechnology,theapplicationstatesoftheANVCtechnologyinshipsnoiseandvibrationreductionarealsopresented.Accordingtothedeficienciesofthepassivenoiseandvibrationreductionmeasuresandtherapiddevelopmentsoftheactivecontrollingtechnologies,theoutlooksofapplyingtheANVCtechnologiestothesubmarinesnoiseandvibrationcontrollingwhichwithlimitedspaceandeffectiveloadarediscussed.AndtheapplicationoccasionsofANVCtechnologyinthefuturesubmarineacousticstealthdesignareenumerated.Sooffersomereferencesforimprovingthesubmarinesacousticstealthperformances.Theend,theimportanceoftheANVCtechnologyinimprovingthesubmarinesacousticstealthlevelisputforward.Keywords:vibrationandwave;noise;activecontrol;stealth;submarine
收稿日期:20040909;修改日期:20041104作者简介:姜荣俊(1973-),男,江苏丹阳人,讲师,博士,主要研究噪声与振动。引言潜艇的声隐身技术是使敌方的声纳探测不到本艇位置或使敌方声纳的探测距离缩短的各种技术措施。这些措施包括降低水下辐射噪声和水声对抗两方面,其中降低潜艇水下辐射噪声是主要措施。潜艇辐射噪声的控制水平不仅关系到对敌舰艇的探测和攻击,也关系到本艇的安全问题。潜艇辐射噪声的来源主要有三个方面:机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声[1]。针对这些噪声源,需要从源、传递、辐射这三个辐射噪声的基本环节对潜艇噪声进行综合治理。即从艇的外形、总体布局、设备选择、隔振措施、管路降噪、材料使用及敷设消声瓦等各个环节实施一系列的减振降噪措施。目前在声隐身方面处于领先地位的美国、俄罗斯等国在它们的新型潜艇上广泛采用了各种减振降噪措施,综合分析这些技术主要有:浮筏、挠性软管、消声器、泵喷推进、电力推进、气幕降噪、消声瓦等[2-5]。但这些技术基本上还是被动的措施。不可否认,诸如浮筏、消声器此类的被动技术在一定程度上的确可以有效控制潜艇的自身噪声,但这是以增加必要的附加舱室和重量为代价的。另一方面在潜艇降噪技术不断提高的同时,水声探测技术也有了长足的发展。特别是19世纪60年代低频搜索与测距技术(LOFAR)的出现,使得潜艇的低频特征信号暴露无遗[6,7]。而目前广泛采用的被动减振降噪技术恰恰在低频方面存在缺陷。例1有源振动噪声控制技术在潜艇中的应用研究如,双层隔振与浮筏技术,由于加了浮筏,整个系统自由度增加,自振频率也随之增大,所以尽管对高频振动隔离比较有效,但低频性能并不好,而且低频隔振还存在静变形和稳定性要求的限制。关于阻尼材料,它的基本原理是利用变形吸收振动能量来减振,但它在低频时成为橡胶态,阻尼很小。在潜艇外部的消声瓦,根据其特性,在隔声以及抑制振动方面有其局限性,一般对20~30Hz以上的振动可抑制10dB左右,但对此频率以下的振动却没有效果。另外如一些推进电机的转速也越来越低。这些都要求低频减振降噪技术的提高。此外就是被动的减振降噪技术基本是基于线性理论进行设计,所以对周期激励的隔离效果较差,而目前被动声纳对水声中线谱成分的探测能力越来越强,因此现代舰艇急需一种能够有效抑制低频线谱噪声的控制技术。而振动噪声主动控制技术的优势恰恰在于低频线谱噪声的控制,且对一些偶发噪声也具有很好的控制效果。成功地应用有源振动噪声控制技术就可以减少对特制安静型机械设备及浮筏等被动振动噪声控制措施的依赖,从而降低潜艇造价,减少其排水量等。本文针对潜艇声隐身设计中被动减振降噪措施的不足,在对有源振动噪声控制(ActiveNoiseandVibrationControl ANVC)技术作了比较深入调研的基础上,综述了有源振动噪声控制方面的一些进展,重点对其在潜艇声隐身设计中的应用前景作了阐述,以期为提高潜艇的隐身性能提供一定的借鉴作用。1ANVC在舰船减振降噪中的应用有源振动噪声控制的思想可以追溯到Leug早在1934年提出的在管道中加入次声源进行有源消声的专利[8]。近年来随着科技的进步,以及人们对振动环境、产品与结构振动特性越来越高的要求,被动控制已难以满足要求,有源振动噪声控制技术得到了很大的发展。ANVC技术日益完善,并逐渐从理论研究、实验室验证走向工程实际应用,在舰船上也开始得到了应用。根据资料[9-10],美国最新型的海浪级核潜艇中装备了振动噪声主动控制系统与其全舰噪声监控系统配合使用,并取得了良好的声隐身性能。美国麻省理工学院正在通过应用智能材料研制增强型的主动降噪潜艇壳体[11]。加拿大大西洋防卫研究组织(DefenceResearchEstablishmentAtlantic)在舰艇上也进行了大量的有源振动噪声控制研究[12~15]。目前美国一些研究单位已经将起初为美国国防部高级研究计划署研究的高级潜艇技术中的有源振动噪声控制技术研究转化为民用技术[16]。下面就简单介绍一些ANVC技术在舰船上的主要应用情况。1.1振动主动控制技术的应用(1)主动吸振技术的原理是将吸振器作为子系统附连于主系统中(控制对象),使其主动跟踪、产生与主系统振动反相的振动,从而消减主系统振动。英国已在扫雷艇上对此项技术进行了实艇实验,降噪效果较好。美国也对此项技术进行研究,由最初的针对单一频率振动进行消减,发展为可同时消减多个单频振源的振动,所采用的电控系统可以确保作动器所产生的消减力与原振动精确同步并且力的大小和相位可自动地进行调整,从而获得最佳减振效果。研究表明,这种宽频主动控制技术可以很好地消除常规的浮筏体共振,并进一步降低与低频、大波长共振有关的辐射噪声,并能改进所有较高频率的减振效果[17]。为了减少传递到艇壳的振动,澳大利亚海军对柯林斯(Collins)级潜艇的动力装置也进行了主动吸振技术的研究,以减少传递到基座的机械振动。研究采用前馈控制方法对振动体六个自由度的振动都进行了控制,主要对控制策略的有效性、作动器和控制器的优化配置进行了研究。通过研究,他们认为控制双层隔振装置的中间质量的振动最有效[18]。Massaki对船舶动力机械的隔振装置也作了相似的研究[19]。(2)主动隔振技术的原理是在振源与受控对象之间串入一个能够进行主动控制的子系统,用它减小受控对象对振源激励的响应。日本学者在船用主机的振动隔离中,对内燃机振动的双层隔振采用了主动控制技术,并取得了显著效果。在主动隔振系统中,利用液压装置(电液式执行机构)和橡胶元件(橡胶减振器)组成主动隔振器。当柴油机受到激励产生振动位移时,柴油机的静载荷由橡胶元件承担,控制系统应用自动适应控制方法,控制液压缸产生抵消柴油机和基础之间的支撑元件残余振动作用力,从而实现隔振的主动控制。实践证明,采用主动隔振不仅使系统具有良好的隔振效果,并同时降低了柴油机本身的振动[20]。文献[2]给出了基于电液式主动作动器与橡胶减振器组合的新型隔振装置,并在实船主动振动隔离应用中取得显著效果。在100Hz以下的低频段主动隔振较被动隔振增加30dB的隔离量(加速度衰减率)。有效主动隔振频率上限达400Hz。中高频的隔振主要由橡胶隔振器承担。瑞典Karlskrona/Ronneby大学研发的一种船用2005年4月噪声与振动控制第2期主动隔振装置(ActiveVibrationIsolationinShips AVIIS)主要由电力惯性质量作动器组成,是一种主、被动结合的混合隔振器。它能够有效隔离与舰艇壳体声辐射耦合的结构振动,从而降低结构噪声,目前该装置已应用于该国的护卫舰[22~23]。ISMIS(IntelligentShockMitigationandIsolationSystem)智能缓冲和隔振系统,它由地震防护技术 反作用结构参数修改(reactivestructuralparametermodification RSPM)而来,能使作用到舰船上的冲击载荷降低50%-70%,美国海军计划把该技术应用于新一代的攻击型核潜艇上[24]。1.2噪声主动控制技术的应用(1)空气噪声的控制舱室的有源降噪是利用振动主动控制技术减振或直接利用次级声源在封闭的舱室内降低噪声,目前广泛应用于汽车驾驶室、飞机座舱、坦克、装甲车辆驾驶室、舰船舱室内部噪声控制[25]。目前采用的研究方法主要有源声控制(以声消声)和有源力控制(结构声有源控制)。有源声控制方面的主要代表是英国南安普敦大学声与振动研究所(ISVR)P.A.Nelson、S.J.Elliott等人的研究;结构声有源控制方面的主要代表是美国弗吉尼亚大学振动声学实验室的C.R.Fuller等人的研究[26~27],并且该实验室已经将研究成果应用到了潜艇降噪方面[28]。洛杉矾!圣胡安∀级核潜艇为了降低舱室内部噪声,除了在壳体内部和舱壁上大量地敷设吸声材料、在噪声强的设备上加装隔声罩、消声器和设立隔声室,还采用了新型的有源消声技术。在空气噪声较大的战位和其它工作空间,针对该处的空气噪声特性设计出一种反音响声源系统。该系统能发出与原空气噪声振幅相同但相位相反的音响,来抵消该处原来的空气噪声,达到安静的目的。这种主动消声技术在新建的洛杉矾级潜艇的空调部位和噪声较大的舱室已经获得应用,在英国的特拉法尔加级核潜艇上也己采用[29]。使用证明该技术对舱室空气噪声降噪效果明显。以色列海军为3艘!盖尔∀级潜艇安装了有源消声系统后,信噪比同以前相比改进了15~20dB[30]。法国海军在通风管路中也采用了有源消声技术[31]。根据文献[32],俄罗斯战略核潜艇上应用了有源消声技术后,取得了明显的降噪效果。比利时KatholiekeUniversiteitLeuven研制了一种船用发动机排气主动消声器,它主要由带有电控阀的缓冲腔构成。缓冲腔直接连到发动机的排气口,排气脉动在缓冲腔得到衰减,再控制电控阀使缓冲腔中的气体平稳流过控制阀,从而消除排气噪声。该主动消声器的体积只有传统被动消声器的1/4。它采用了非自适应的前馈控制方法。在背压为0.03~0.1大气压力时,其消声量达到13dB(A)[33]。(2)管路系统结构噪声和流体噪声的控制舰艇管路系统中,如液压系统、燃油系统、冷却水系统,由于工作过程的不完善,伴有工作介质的振荡或脉动,介质脉动所产生的交变力,使管路及其连接的附件形成振动。强烈振动会使管路附件(包括弹性接管)以及它们之间的连接部分松动或破裂,并引起船体的结构振动。实践中发现在对动力机械等装置采取了有效的减振降噪措施后,舰船实际的振动噪声仍然较大,其主要根源就在于没有有效地控制管路系统的振动噪声。另外如舰船动力装置的冷却水通常取自大海,通海管路系统在采取加装挠性接头及弹性支撑等措施后可以抑制振动沿管路的传递,但系统中的泵、阀门以及弯头等所产生的流体噪声将随海水的吸入和排出从海底门辐射出去,这将严重影响舰艇的隐身性能。所以如何有效地降低液压管路系统的振动和噪声是目前舰船振动和噪声控制中一个非常重要的问题。目前舰艇中广泛采用的挠性软管,虽然对衰减管道的脉动压力有一定的效果,但在高压下软管将趋硬而失去效果[3,34]。英国国防调研局(DefenceEvaluationandResearchAgencyDERA)研发了一种替代传统的被动管道接头,采用有源振动控制技术的新型管道接头。该接头能够有效抑制舰船上管路系统(如柴油机的冷却管路、各种泵系管路等)中振动噪声的产生。目前该机构正在考虑如何将其从军用转化为民用技术[35]。美国弗吉尼亚州立大学工学院[36]利用内部装有1/3压电复合材料作动器的主动Helmholtz共振腔大大降低了管道内的流体脉动。MJBrennan等设计了一种非插入式的流体脉动作动器和传感器用来控制管道系统的流体振动噪声[37]。瑞典Karlskrona/Ronneby大学Maillard[38]等也设计了一种非插入式结构作动器用来控制船舶管道系统的流体脉动。圆环状厚型压电作动器作用在管壁上产生轴对称的平面波,在径向与流体脉动耦合,从而衰减流体脉动。2ANVC的研究进展尽管主动控制技术在低频噪声振动控制方面具有一定的优势,但作为一项技术,从理论到实际应用却花费了较长的时间。究其原因主要有:(1)有待开发高性能信号处理电子器件;(2)对涉及到的物理规律认识不够,特别是在ANC系统设计中缺乏对具体声源特性的深刻了解;(3)需要包括物理学、电工3有源振动噪声控制技术在潜艇中的应用研究
潜艇辐射噪声声源级经验公式修正
２００７年第３期 声学与电子工程 总第８７期
潜艇辐射噪声声源级经验公式修正 高学强杨日杰 （海军航空工程学院信息融合研究所，烟台，２６４００１） 摘要潜艇辐射噪声的声源级大小会直接影响潜艇的隐蔽性，潜艇的辐射噪声与航速密切相关。分析 了目前主要模型的不足，在此基础上对其中一个模型进行了改进。新模型考虑了临界航速的影响，兼顾了 不同潜艇类型噪声大小差别较大的特点。仿真结果表明：该模型更好地符合潜艇噪声随航速变化的实际情 况，更具有普遍适用性。 关键词潜艇：辐射噪声：水声对抗 １引言 潜艇的辐射噪声是被动声呐系统赖以探测、跟 踪目标的信号，被动声呐方程中的声源级参数就是 用来度量这种辐射噪声的。研究潜艇的辐射噪声， 总结其特点和规律，有着重大的意义。因为它破坏 了潜艇的隐蔽性，为对方的水声探测器材提供了搜 索、探测和跟踪的信息。噪声的这种危害对潜艇几 乎是致命的。其次潜艇辐射噪声对于本艇来说会造 成严重干扰，影响声呐设备的工作效能。因此，潜 艇的辐射噪声是水声对抗过程中影响潜艇作战能 力的一个重要指标。 潜艇的辐射噪声一个明显的特点是声源繁多、 集中，噪声强度大，频谱成分复杂。通过对潜艇辐 射噪声大量测量资料的分析和研究，可以认为潜艇 辐射噪声源可分为三类：机械噪声、螺旋桨噪声和 水动力噪声。其中大多数情况下，螺旋桨噪声和机 械噪声是主要的辐射噪声。螺旋桨噪声是由旋转着 的螺旋桨所辐射的噪声，包括螺旋桨空化噪声和螺 旋桨叶片振动时所产生的噪声。螺旋桨的空化噪声 只有在潜艇达到一定航速时才产生，此时，潜艇的 辐射噪声突然增大，该航速称为临界航速。二次大 战时，曾对航行在潜望镜深度的潜艇进行过测量， 测得其临界航速在３～５节之间（见图１）。该图给 出了螺旋桨空化噪声与航速间的依赖关系，航速低 于临界航速时，空化噪声级很低，此时基本上不出 现空化现象；一旦航速增大至临界航速，辐射噪声 级就急剧增加，增值可达２Ｏ～５０ ｄＢ；航速继续增 加时，由于空化已经很充分，基本达到了饱和，所 以噪声仅以１．５－２．０ ｄＢ／节的斜率缓慢增长，并渐趋 平稳。即潜艇的辐射噪声随航速的变化曲线呈简单 的ｓ形【ｌ】ａ 根据辐射噪声声源级的大小，潜艇可以分为四 类：高噪声潜艇、噪声潜艇、安静型潜艇、极安静 型潜艇。潜艇类型与辐射噪声功率的划分见表ｌ【２１。 表中规定的噪声限值是指潜艇在“安静工况”，低 速（４ ｋｎ）航行时的噪声级。
局域共振声子晶体板的减振降噪研究
局域共振声子晶体板的减振降噪研究
郭旭1，2，崔洪宇1，洪明1
（1.大连理工大学船舶工程学院，辽宁大连116024；2.东风日产乘用车公司技术中心，广州510800）
摘要：针对船舶设备及结构的振动噪声控制问题，提出一种附加圆柱型振子的声子晶体板结构。基于周期结
构的Bloch定理，采用有限元方法对声子晶体板的带隙特性进行计算，并通过振动传递率和隔声损失来描述声
子晶体板的隔振及隔声效果，在此基础上分析了散射体几何参数及布置形式对隔振及隔声效果的影响。研究
表明，声子晶体板在特定频率范围内具有很好的隔振及隔声效果，通过合理设计散射体几何参数及布置形式，
可以实现结构的低频宽带隔振及宽带隔声，在船舶振动噪声领域中具有很好的应用前景。
关键词：声子晶体；带隙特性；船舶结构；减振降噪
中图分类号：O48O734文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1007-7294.2021.04.014
Researchonvibrationandnoisereductionof
localresonantphononiccrystalplate
GUOXu1,2,CUIHong-yu1,HONGMing1
(1.SchoolofNavalArchitectureEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China;
2.TechnicalCenter,DongFengNissan,Guangzhou510800,China)
Abstract:Tosuppressthepropagationofvibrationandnoiseintheshipequipmentandstructure,aphonon⁃
iccrystalplatestructurewasdesignedwithadditionalcylindricalvibrators.BasedontheBlochtheoremofpe⁃
兵器知识库-什么是水声有源干扰
兵器知识库-什么是水声有源干扰
有源干扰又称积极干扰或主动干扰，它是利用专门的设备发射干扰信号或模拟目标的回声及噪声，用以压制和欺骗对方声纳设备的一种干扰方式。
它能发出类似潜艇主要噪声源的噪声，可接收并重发敌方主动声纳的脉冲，能水下自动航行，能迷惑敌主被动声纳，将来袭的声自导鱼雷等诱离以保护己艇的安全。有源干扰所使用的设备有压制性干扰设备和欺骗性干扰设备两种类型。
压制性干扰设备又称噪声干扰器，它和雷达对抗中的雷达杂波干扰机相似，主要用来发射大功率宽频带水声杂波信号，以掩盖对方声纳设备收到的目标信号，使其不能正常工作，并能配合声诱饵实施有效的诱骗。噪声干扰器的主要用途是对抗主动声纳、被动声纳及声制导鱼雷。噪声干扰器按干扰信号结构特点，可分为舰载式和投掷式两种。舰载式噪声干扰器分舰体和艇体安装式和由水面舰艇或潜艇拖曳式两种，其主要特点是干扰功率较大，结构简单，干扰器工作时间较长，施放干扰后能使对方声纳设备和声制导鱼雷难以获得被跟踪舰艇的准确位置，以至于让对方声制导鱼雷攻击拖曳式噪声干扰器。投掷式噪声干扰器是使用装在潜艇舷侧的专用发射筒发射，能漂泊干一定深度实施噪声干扰，有的还具有自航能力，在施放干扰的同时，干扰器还可实施机动。
欺骗性干扰设备又称模拟性干扰设备，它主要通过模拟潜艇噪声、尾流和磁场变化等，诱骗敌声纳，使之探测失误，使声自导鱼雷偏离其预定攻击目标。欺骗性干扰设备包括回声重发器、噪声模拟器、潜艇模拟器和声诱饵等。回声重发器又称瞄准式干扰器，它的工作原理是把侦收到的声波信号放大，然后以较窄的频带瞄准敌声纳设备所发射的信号频率进行定向干扰。噪声模拟器是一种主动式欺骗干扰装置，它主要通过噪声发生器、潜艇或舰艇的自噪声录音等把自噪声放大并发射出去，使敌声纳追踪假噪声目标而放弃真目标，从而起到隐真示假的目的。潜艇模拟器是一种能模拟潜艇噪声、尾流、航速和机动能力，以及磁场变化等特性的投掷式干扰器，它的尺寸与形状和鱼雷相似，动力为电力推进，航速10～12节，尾部拖曳一根长达30米的铜电缆以模拟磁场变化，工作时间可长达半个小时至1个小时，潜艇在发现被敌声纳发现或被敌鱼雷追踪时可投掷此模拟器，以达虎口脱险的目的。
水面舰艇隐身技术
水面舰艇隐身技术
技术的产生原因
随着科学技术的发展，在现代海战中，物理场探测器和精确制导武器正得到越来越广泛的应用，其战斗效能越来越高，为了对付这种现实的威胁，各国海军正在加紧发展舰艇隐身技术，它通过改变自身物理场，以降低被敌发现和被精确制导武器命中的概率。舰艇隐身技术萌发于雷达发明之后。在二战中，雷达发挥了巨大的作用，于是人们开始研究如何对付它，由此而产生了隐身技术。德国最先在其潜艇上采用了隐身技术，在潜艇的通气管和潜望镜上使用了吸波材料，以达到反雷达探测的目的。此后，美国、前苏联等国家相继开展隐身技术的研究。迄今为止，各国都纷纷研制各种隐身舰艇，如美国的"海幽灵"隐身试验舰，法国的"拉菲特"级护卫舰，以色列"萨尔"5小型护卫舰等。特别是瑞典在"斯米格"号隐身试验船的基础上开发了YS 2000全隐身攻击舰，现正在设计和建造，不久的将来，该国将建成世界上第一支全部由隐身舰艇组成的舰队。这些隐身舰艇的问世，标志着舰艇隐身技术日益成熟，同时也预示着未来的海战将是一场"无"战舰的战场。
国外关键技术
提高舰艇的隐蔽性，就是要降低辐射噪声、可见光、磁场、水压场和温度场等舰艇的物理场。目前的舰艇隐身技术主要集中在雷达波隐身、声隐身、红外隐身、电子特性隐身四个方面。另外随着能够探测舰艇电磁特性的水雷传感器研制的不断开展，降低舰艇的电磁特性也将逐渐成为舰艇隐身的一个重要方面。
1、雷达波隐身 雷达探测是一种靠雷达照射目标物体后，接受反射回波来感知目标的探测方法。因此，如何减少物体的回波是这一技术的关键。传统的舰艇由于笔直、规则的外形，大面积的平面，板与板之间的直角连接等形状和结构对雷达波产生强烈的反射，从而增大了雷达反射截面，增强了敌方雷达的探测距离。雷达波隐身技术的着眼点就是降低雷达反射截面，减小雷达探测范围。
（1）隐身技术方法
a）采用雷达吸波材料和涂料 吸波材料的工作原理是消耗雷达照射波的能量，减少雷达波的反射，改变舰艇的雷达反射截面以诱惑来袭导弹攻击舰艇的非重要部位。采用雷达吸波材料是减少舰艇雷达反射截面的最简单措施，这种隐身是比较彻底的，但其技术难度较大，经济性差，国外在这方面投入很高。
水声对抗技术与水声对抗器材
水声对抗技术与水声对抗器材
80年代以来,由于潜用声纳技术、鱼雷制导技术及计算机等技术的飞速发展,水声对抗受到各国海军的高度
重视,因为它不仅是提高各种战舰和潜艇自身生存能力的重要措施,而且水声干扰与水声反干扰的技术、水
声诱骗与水声反诱骗的技术等的发展给作战能力的提高带来很大的益处。 为了适应水声对抗的需要,许多水声对抗技术应运而生。水声对抗技术渗透到装备的发展
中,使水声对抗在各种有关的技术与装备的发展中得以体现与实施。水声对抗(Acoustic Warfare,AW),广义
的讲是海战的对抗;狭义的讲是舰艇、潜艇与反舰、潜兵力之间的对抗。对抗双方用水声技术所完成的发现、
反发现、跟踪、反跟踪、识别、反识别、攻击、反攻击等的过程,是水声对抗的广义内涵。
1 水声对抗技术的基本发展过程
自从出现了声纳和鱼雷之后,由于攻击者要千方百计地命中目标,而被攻击的目标或被跟踪
的对象要千方百计地规避或隐藏起来,所以所需的水声对抗技术便迅速发展起来。水声对抗技术的发展过程
可以映射出声纳和鱼雷发展的不同阶段,水声对抗技术分为三个阶段:第一阶段是直接式干扰和掩护技术。
在这阶段中,因为鱼雷是直航雷且声纳是作用距离较近的跟踪单目标的模拟声纳,所以一般的低频干扰器只要入水到适当位置,就可对实施跟踪的声纳产生干扰。早期使用的气幕弹也可对实施跟踪的声纳产生干扰而
达到掩护本舰的目的。第二阶段是声诱骗技术。在这阶段中,鱼雷使用了声自导,且声纳是作用距离较远的
跟踪多目标的数字声纳。因此,一般的直接干扰和掩护技术远远不能满足水声对抗的需要,这就要求水声对
抗技术尽快启用声诱骗技术,为的是诱骗鱼雷和声纳去跟踪假目标。第三阶段是智能化水声对抗技术。在这
阶段中,因为鱼雷声自导使用了智能化技术且声纳是作用距离远的人工智能声纳,所以上述的第一阶段和第二阶段的水声对抗技术已不能适应水声对抗的发展需要。所谓智能化水声对抗技术就是将威胁报警、干扰、
诱骗及硬杀伤有机地融合在一起的技术。这种技术如果能成功使用,则在威力较强的现代鱼雷和现代声纳面
水下航行载体实航振动和噪声测量装置的研究
水下航行载体实航振动和噪声测量装置的研究
束滋德;倪木桃
【期刊名称】《振动．测试与诊断》
【年(卷),期】1998(018)003
【摘 要】介绍了一种新型的水下航行载体实航振动和噪声测量装置，它包含一个多通道、连续高速采样，大存储容量的ＤＡＴ数字磁带记录仪。
【总页数】6页(P162-167)
【作 者】束滋德;倪木桃
【作者单位】船舶总公司705研究所;船舶总公司705研究所
【正文语种】中 文
【中图分类】TB523
【相关文献】
1.水下航行器实航与台架试验的振动相似律 [J], 盛美萍;王敏庆;孙进才;严光洪;沈哲
2.水下航行器动力装置振动频率自动识别方法 [J], 孙涛;高爱军;王袆
3.水下航行器实航再现软件的设计与实现 [J], 曹海旺;黄建国;王新晓
4.水下航行装置推进轴系扭转振动控制系统 [J], 江国和;宋福堂
5.实航鱼雷噪声与振动自动测试技术及实现 [J], 许樱;崔国平
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谱相关技术及其在潜艇结构振动信号传递特性分析中的应用
第２９卷第６期 振动与冲击 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ
谱相关技术及其在潜艇结构振动信号传递特性分析中的应用
成玮 ，张周锁 ，何正嘉 ，王衍学 ，陈略
（１．西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安７１００４９；２．西安交通大学机械工程学院，西安７１００４９）
摘 要：由于潜艇结构的复杂性，有限元方法和时域相关方法在分析结构振动信号传递特性时精度欠佳。针对上 述问题，提出了定量分析结构振动信号传递特性的谱相关技术，该技术通过结构两侧振动信号分析结构对振动信号组成 成分的影响，避免了有限元精确建模困难与振动信号通过复杂结构时波形失真较大的难题。将该技术应用于潜艇缩比模 型不同结构振动信号传递特性分析中，定量分析结果表明该技术能很好地分析不同结构的振动信号传递特性。 关键词：潜艇结构；振动信号；传递特性；谱相关技术；定量分析 中图分类号：ＴＨ１７；ＴＪ８ 文献标识码：Ａ
潜艇航行时辐射到水中的噪声对潜艇的隐蔽性构
成严重威胁，直接影响到潜艇的作战性能甚至生死存
亡。因此，噪声源识别以及振动噪声的传播途径分析 对于振动噪声控制具有重要意义¨ 』。
低速航行状态下，潜艇的机械噪声是辐射噪声的 主要来源 Ｊ。常用的噪声源识别方法主要有自适应噪
声抵消法 Ｊ、盲源分离方法 、虚拟样本法 Ｊ、多输人
多输出（ＭＩＭＯ）量化分析模型方法 等。这些方法分
析了振动噪声的来源，但未对结构的振动传递特性进
行定量分析。已有分析结果表明，复杂的壳体结构使
得利用有限元分析方法 和时域相关分析方法在求
解振动信号传递特性的计算精度很低。
针对上述问题，本文提出了研究潜艇结构振动信 号传递特性的谱相关分析技术，谱相关分析技术综合
考虑到了设备运行信息与结构传递特征信息在频谱上 的分布特性。即不同结构的传递特性是不同的，对于
足够带宽的信号，经过结构传递后信号特定频段谱线
将发生变化，通过谱相关分析定量分析结构两侧信号
水下航行器(UUV)噪声分析及降噪方法探讨
水下航行器（UUV）噪声分析及降噪方法探讨
摘 要：介绍了水下航行器（UUV）的各种噪声来源。指出了UUV降噪的重要性。对水下航行器的主要噪声进行了分析，提出了几种可行的降噪方法。
关键词：水下航行器；噪声分析；降噪方法
0 引 言
水下航行器（UUV）是一个多噪声源的装置，如：螺旋桨噪声、动力装置噪声、壳体结构噪声、流噪声、排气噪声等。UUV 需降低噪音，以便UUV 的传感器可以更加高效地工作，并且可以增加UUV 的隐蔽性。由此可知无人水下航行器的隐蔽性对其作战效能是至关重要的。而提高无人水下航行器的隐蔽性的关键是降低噪声。
无人水下航行器在水下航行时的主要噪声源总的说来有3类：流噪声，机械噪声和推进噪声。流噪声有如湍流产生的噪声和空化噪声等。机械噪声有振动噪声与摩擦噪声等。推进噪声如螺旋桨的桨叶振动噪声等。
按照噪声对无人水下航行器的性能的影响，可以分为辐射噪声和自噪声。机械噪声和流体与机械相互作用的噪声，是无人水下航行器辐射噪声的主要部分。
而无人水下航行器头部空泡噪声，湍流边界层流动噪声，属于自噪声，是影响水下无人运载器自导系统工作性能的主要噪声源。辐射噪声影响水下无人运载器的隐蔽性，自噪声影响无人水下航行器的声呐探测距离和精度，影响水声通讯距离。因此研究无人水下航行器的减振降噪技术十分必要。目前在研的降低UUV噪音的方法有，采用机械隔离装置、吸声外壳涂层、低噪音推进电机和螺旋桨。为提高本无人水下航行器的隐身作业能力，本文将重点探讨无人水下航行器的几种噪声，及其相应的降噪方法。
1 航行器的主要噪声
1.1 机械噪声
水下航行器推进系统主要包括：主推进电机、艉轴组件、联轴器、尾轴轴承、螺旋桨等，见下图。水下航行器推进系统的辐射噪声主要包括：动力设备的机械噪声和螺旋桨噪声。机械噪声主要是由动力装置的旋转部件，因制造加工偏差引起机械结构振动造成的，主要包括：主推进电机运转不平衡力和艉轴轴系零件链接耦合的不平衡、对中误差等因素。机械结构的振动，通过特定支撑结构传到载体与水交界的板壳结构，板壳表面振动产生声辐射形成水下辐射噪声。
围壳形状对潜艇流致噪声的影响计算
围壳形状对潜艇流致噪声的影响计算
王开春;马洪林;赵凡;官睿
【摘 要】针对潜艇在航行中产生的流噪声现象,建立了适合于潜艇绕流过程中流噪声计算的三维数值方法和计算程序.其基本思路为:采用多块技术与SIMPLE方法求解RANS方程计算定常流场,在稳态流场的基础上,采用迭代时间推进法和DES湍流模型求解非定常流场,再根据瞬态流场结果采用Lighthill声比拟方法获得声观测点随时间变化的声压.对尺度放大的潜艇标模SUBOFF以及三种改进的围壳外形进行了流致噪声比较计算,获得了不同围壳外形的声压频谱和总声压特性以及典型模型的表面脉动压力分布规律.结果表明:把潜艇围壳后缘形状从矩形变为梯形,可控制围壳的尾流摆动,能够有效降低潜艇流噪声,最大的降噪效果可达5 dB左右.
【期刊名称】《空气动力学学报》
【年(卷),期】2018(036)005
【总页数】6页(P774-779)
【关键词】潜艇;围壳形状;流值噪声;降噪;数值计算
【作 者】王开春;马洪林;赵凡;官睿
【作者单位】中国空气动力研究与发展中心 空气动力学国家重点实验室,四川 绵阳
621000;中国空气动力研究与发展中心 空气动力学国家重点实验室,四川 绵阳
621000;中国空气动力研究与发展中心 空气动力学国家重点实验室,四川 绵阳
621000;中国空气动力研究与发展中心 空气动力学国家重点实验室,四川 绵阳
621000 【正文语种】中 文
【中图分类】V211.3
0 引 言
潜艇在航行中存在各种噪声，如：流动噪声、螺旋桨推进器噪声、发动机噪声等。随着噪声探测技术的飞速发展，在未来的海战中潜艇隐身性能是决定战争胜负的关键因素，有效降低潜艇的噪声已经成为潜艇研究主要课题。近年来，随着计算机技术和CFD技术的发展，采用数值方法开展气动声学研究其成熟度不断提高，同时把气动声学的研究成果应用于潜艇流致噪声研究也成为可能。研制相应的计算分析软件，对于静音潜艇的选型设计具有重要的工程价值。
利用位置估计进行船舶噪声低频线谱有源控制
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利用位置估计进行船舶噪声 ・噪声控制・
低频线谱有源控制
郑援，胡成军，赵汉波 （海军潜艇学院，山东青岛２６６０４２）
【摘要】提出了一种基于接收点位置估计的船舶航行噪声低频线谱有源控制方法。利用船壳上布设的次级声源 实现低频线谱的有源抵消，其信号处理使用了估计的接收点位置信息。通过仿真分析了位置估计误差对船舶航行 过程中低频线谱信号有源降噪效果的影响。仿真结果表明，方位估计误差可控时该方法降噪效果良好。 【关键词】船舶航行噪声；低频线谱；有源噪声控制；位置估计误差 【中图分类号】ＴＢ５６ 【文献标志码】Ａ Ａｃｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｌｏｗ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｌｉｎｅａｒ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｉｎ Ｖｅｓｓｅｌ Ｎｏｉｓｅｓ ｂｙ Ｅｓｔｉｍａｔｉｎｇ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ’ｓ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ＺＨＥＮＧ Ｙｕａｎ，ＨＵ Ｃｈｅｎ￣ｕｎ，ＺＨＡＯ Ｈａｎｂｏ （Ｎａｖｙ Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６６０４２，Ｃｈｉｎａ） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ａｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｌｏｗ￣ｅｑｕｅｎｅｙ ｌｉｎｅａｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｉｎ ｖｅｓｓｅｌ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｎｏｉｓｅｓ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｒｅｌｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｎｏｉｓｅ－・ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｆｉｘｅｄ ａｂｏａｒｄ ａｎｄ ｗｈｏｓｅ ｓｉｇｎａｌ ｇｅｎｅｒａ－－ ｔｉｏｎ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｃｅｉｖｅｒ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ－ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｈｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】ｖｅｓｓｅｌ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｎｏｉｓｅ；ｌｏｗ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｌｉｎｅａｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ；ａｃｔｉｖｅ ｎｏｉｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｌｏｃａｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ