一种混合激励下的舱室结构水下辐射噪声预报方法

本发明涉及一种舱室内部振声混合激励下的舱室结构水下辐射噪声预报方法，属于水下目标辐射噪声测量。

背景技术：

1、通过舰艇振动在线监测可及时准确地掌握艇外辐射噪声水平，为舰艇的战术决策提供支持。但随着舰艇减振降噪技术的发展，舱室空气噪声引起的水下辐射噪声愈发明显[badinoa,borelli d,gaggero t,et al.normative framework for ship noise:presentand situation and future trends[j].noise control engineering journal,2012,60(6):740-762]，目前舰艇振声监测主要是基于艇体结构的振动信号，仅能反映部分艇内机械设备振动状态及其引起的振动信息，而无法实现舱室空气噪声的监测及其引起的水下辐射噪声预报，在实际工程应用中有一定的局限性。因此，开展混合激励下舰艇振声在线监测与辐射噪声预报方法研究具有重大意义。

2、国内外学者针对舰艇振动在线监测与噪声预报方法进行了大量研究，主要包括有限元法(fem)，边界元法(bem)，工况传递路径分析(otpa)，单元辐射叠加法(ersm)以及波叠加法(wsm)等。fem通过对辐射体进行建模，将连续问题转化为离散问题并求解系统方程组，可以有效地对任意结构的声辐射进行计算[alalla n,bernhard r j.review ofnumerical solution for low-frequency structural acoustic problems[j].appliedacoustic,1994,43(3)：271-294.]，但其计算量随着频率的升高及物理场尺寸的增加极速上升；bem方法在fem的基础上，将求解域划分单元离散的概念移植到边界积分方程中，一定程度上降低了计算量但仍无法进行快速求解，此外在结构边界处容易出现奇异积分问题。otpa通过进行工况测试获取“监测点-目标点”的传递函数，进而预测任意工况下目标点的响应[li r,bu w.multi-parameter tikhonov regularization-based otpa withapplication to ship-radiated noise evaluation[j].aipadvances,2021,11(1):015240.]。然而该方法目标点在进行工况测试时便已固定，无法对除目标点外任意位置的辐射噪声进行计算，实际应用中存在一定局限性；ersm通过将辐射体表面分割成若干活塞单元，将各活塞的辐射声场叠加视为辐射体的总辐射声场[时胜国,高塬,张昊阳等.基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法[j].物理学报,2021,70(13):257-270.]。然而该方法仅监测辐射体壳体的振动信息，当对某些频段内由声透射引起的辐射噪声进行预报时则存在不足，会导致较大的预报误差且所需振动监测点也较多，测试系统复杂；20世纪90年代，koopman等基于叠加积分方程提出了波叠加法，该方法通过在结构体表面配置等效源避免了bem法中边界积分的奇异值问题。随后大量学者对该方法开展深入研究[koopmann gh,song l,fahnline j b.a method for computing acoustic fields based on theprinciple of wave superposition[j].journal of acoustic society of america,1989,86(6)：2433-2438.]。

技术实现思路

1、为解决传统舰艇振动在线监测与噪声预报方法的工程局限性，本发明提出了一种基于振声同步监测的舱室结构水下辐射噪声预报方法，该方法在舱室内补充配置声监测点，并结合otpa方法与波叠加法实现舱室结构远场任意位置的辐射噪声预报，提高了预报精度，具有较高的工程应用价值。

2、为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：

3、一种混合激励下的舱室结构水下辐射噪声预报方法，所述方法包括以下步骤：

4、步骤1：构建数值工况测试模型，基于工况传递路径分析技术获取舱室内噪声与振动监测点间的“声-振”传递函数以及舱室结构内外之间的“声/振-声”混合传递函数；

5、步骤2：根据建模时布置的监测点位置在舱室结构上对应布放若干个声传感器和振动传感器，分别用于采集舱室内各个声监测点的声监测信息及各个振动监测点的振动监测信息；

6、步骤3：基于“声-振”传递函数对采集的振动监测信息进行去耦处理，获得去耦后的振动监测信息；

7、步骤4：基于采集的声监测信息和去耦后的振动监测信息求解舱室外共形全息面上的近场辐射噪声；

8、步骤5：基于波叠加法，通过匹配结构体外表面辐射声场空间分布求解配置等效源的源强，并基于求解得到的等效源的源强预报舱室结构的远场辐射噪声。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过联合otpa和波叠加法提出了一种基于振声同步监测的舱室结构水下辐射噪声预报方法，该方法通过在舱室内部补充配置声监测点，解决了传统振动监测遗漏空气声源激励引发的辐射噪声问题。通过与传统振动监测方法的辐射噪声预报结果进行比较，证明本发明的方法可有效提高舱室结构水下辐射噪声的预报精度，在中低频段的预报精度提升较为明显；辐射噪声预报误差随频率升高呈上升趋势；另外，本发明的方法可对舰艇舱室结构远场任意位置处的辐射噪声进行预报，弥补了传统otpa方法的局限性。本发明突破了现有方法的应用场景限制并提高了辐射噪声预报精度，具有良好的工程应用前景。

技术特征：

1.一种混合激励下的舱室结构水下辐射噪声预报方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种混合激励下的舱室结构水下辐射噪声预报方法，其特征在于，在步骤1中，根据舱室实际振声监测点布置方案，利用数值仿真软件comsol建立数值工况测试模型并进行工况测试，构建舱室内噪声与振动监测点间的“声-振”传递函数hp-v(ω)以及舱室结构内外“声/振-声”混合传递函数hpv-p(ω)；

3.根据权利要求1或2所述的一种混合激励下的舱室结构水下辐射噪声预报方法，其特征在于，在步骤3中，对振动监测信息进行去耦处理，计算公式如下：

4.根据权利要求1或2所述的一种混合激励下的舱室结构水下辐射噪声预报方法，其特征在于，在步骤4中，基于采集的声监测信息和去耦后的振动监测信息求解的舱室外共形全息面上的近场辐射噪声可表示为：

5.根据权利要求4所述的一种混合激励下的舱室结构水下辐射噪声预报方法，其特征在于，在步骤5中，通过匹配结构体外表面辐射声场空间分布可求解配置等效源的源强，以矩阵形式可表示为：

技术总结
本发明涉及一种混合激励下的舱室结构水下辐射噪声预报方法，属于水下目标辐射噪声测量技术领域，该方法包括以下步骤：构建数值工况测试模型，基于工况传递路径分析技术获取“声‑振”传递函数及“声/振‑声”混合传递函数；根据建模时布置的监测点位置布放传感器，采集声监测信息及振动监测信息；对振动监测信息进行去耦处理；根据声监测信息和去耦后的振动监测信息求解舱室外共形全息面上的近场辐射噪声；基于波叠加法，通过匹配结构体外表面辐射声场空间分布求解配置等效源的源强，并基于求解得到的等效源的源强预报舱室结构的远场辐射噪声。本发明可以实现混合激励下的水下目标辐射噪声预报，提高了预报精度，具有较高的工程应用价值。

技术研发人员：时胜国,郭强,杨德森,杨博全,张昊阳,何辉辉,时洁,李松,桂晨阳
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29