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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第八章 水下噪声,第廿十三讲 舰船和鱼雷的辐射噪声,舰船、潜艇和鱼雷的自噪声,舰船噪声控制简介,1,College of Underwater Acoustic Engineering,本讲主要内容,舰船辐射噪声的声源级和噪声谱,舰船辐射噪声源及其一般特性,机械噪声,螺旋桨噪声,水动力噪声,辐射噪声源概要,舰船、潜艇、鱼雷的辐射噪声级,辐射噪声的测量,2,College of Underwater Acoustic Engineering,本讲主要内容,舰船自噪声源及其一般特性,自噪声的传播路径,自噪声级,舰船自噪声的测量,舰船噪声控制方法分类,机械噪声的控制,螺旋桨噪声的控制,水动力噪声的控制,3,College of Underwater Acoustic Engineering,引言,舰船、潜艇和鱼雷的辐射噪声是被动声纳系统赖以探测、跟踪的信号。,舰船辐射噪声的危害：,破坏了舰船的隐蔽性；,可能引爆某些水中兵器；,干扰本舰的水声设备（自噪声）。,舰船、鱼雷辐射噪声特点,噪声源繁多、集中，噪声强度大，频谱成分复杂。,4,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声的声源级和噪声谱,舰船辐射噪声声源级,在,远场,测得噪声级后，再修正传播损失，归算到离声源,声中心,1,米处,，并计算出,1Hz,带宽内的声强，则声源级（谱级）为：,式中，是换能器工作带宽，为参考声强，为距声源声中心,1,米处的噪声声强。,5,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声的声源级和噪声谱,噪声谱根本类型,连续谱；,线谱；,舰船辐射噪声为线谱和连续谱的迭加。,6,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声源及其一般特性,舰船辐射噪声源分为三大类,机械噪声,主机：柴油机、主电动机、减速器,辅机：发动机、泵、空调设备,螺旋桨噪声,螺旋桨空化,螺旋桨叶片振动,水动力噪声,水流辐射噪声；空腔、板和附件的共振；支柱和附件的空化,7,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声源及其一般特性,机械噪声,机械噪声,是航行或作业舰船上的各种机械的振动，通过船体向水中辐射而形成的噪声。,产生机理：,（,1,）不平衡的旋转部件（电机电枢等）；,（,2,）重复的不连续性（齿轮、涡轮机叶片等）；,（,3,）往复部件（汽缸的爆炸）,产生线谱噪声，其成分是振动基频及其谐波分量,（,4,）流体空化和湍流及排气（泵、管道、凝汽器等）；,（,5,）机械摩擦（轴承等）,产生连续谱噪声。,8,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声源及其一般特性,机械噪声,结论,：,（,1,）舰船辐射噪声为强线谱加弱连续谱的迭加，与舰船航行状态及机械工作状态密切相关，一般较复杂、多变；,（,2,）机械噪声是舰船辐射噪声低频段主要成分。,螺旋桨噪声,螺旋桨噪声,：螺旋桨空化噪声和螺旋桨叶片振动辐射噪声。,9,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声源及其一般特性,螺旋桨噪声,螺旋桨空化噪声,螺旋桨旋转时，叶片尖上和外表上产生空化。,Water Flow,Water Flow,Blade Tip,Cavitation,Sheet,Cavitation,10,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声源及其一般特性,螺旋桨噪声,螺旋桨空化噪声,1）螺旋桨空化噪声是舰船辐射噪声高频段主要成分，且为连续谱，其典型频谱如以下图。,11,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声源及其一般特性,螺旋桨噪声,螺旋桨空化噪声,2,）,频谱特点：在高频段，谱级随频率以,6dB/Oct,斜率下降；在低频段随频率增高而增高；谱峰（,100Hz1000Hz,）随航速和深度而变化，当航速增加和深度变浅时，谱峰向低频移动。,3,）,原因：高航速和浅深度时，易产生空化气泡，产生低频噪声，使谱峰向低频端移动。,12,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声源及其一般特性,螺旋桨噪声,螺旋桨空化噪声,1,）,空化噪声产生条件,：航速大于舰船临界航速。,13,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声源及其一般特性,螺旋桨噪声,螺旋桨空化噪声,2）螺旋桨空化噪声与航速关系：,a）航速低于临界航速，空化噪声级很低（未发生空化）；,b）航速增大至临界航速，空化噪声级急剧增大（空化发生、开展）；,c）航速继续增大，空化噪声级根本趋于稳定（空化充分）。,14,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声源及其一般特性,螺旋桨噪声,螺旋桨空化噪声,3,）,螺旋桨空化噪声与航深关系,：,a,）,航行深度增加，临界航速提高，空化噪声级增加。,4,）螺旋桨空化噪声还与其它因素有关，例如螺旋桨损坏、加速、转向等因素。,常识,：水面舰船的螺旋桨空化噪声,航速关系不是,S,形，关系复杂。,15,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声源及其一般特性,螺旋桨噪声,螺旋桨唱音,螺旋桨唱音是螺旋桨叶片拍击、切割水流而引起的，也称为,旋转噪声,，它为线谱噪声分量。其频谱的频率：,式中，,n,是螺旋桨叶片数；,s,是螺旋桨转速；,m,是谐波次数。,螺旋桨唱音是潜艇低频段（,1100Hz,）噪声的主要成分。,常识,：频谱特性是声纳识别目标和估计目标速度的依据。,16,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声源及其一般特性,水动力噪声,水动力噪声是由不规则的、起伏的海流流过运动船只外表而形成的，是水流动力作用于舰船的结果。产生机理：,1）水流鼓励壳体振动或壳体上某些结构（叶片、空穴腔体等）共振；,2）湍流附面层产生的流噪声（粘滞流体特性）；,3）航船拍浪声（船首、船尾）、船上循环系统进水口和排水口的辐射噪声。,17,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船辐射噪声源及其一般特性,水动力噪声,根据布洛欣采夫理论，水动力噪声强度主要与航速有关：,式中，,k,为常数，,v,是航速，,n,是与航船水下线形等因素有关的一个量。,提示,：一般情况，舰船水动力噪声小于机械噪声和螺旋桨噪声。,18,College of Underwater Acoustic Engineering,辐射噪声源概要,舰艇的辐射噪声主要噪声源是机械噪声和螺旋桨噪声，二者奉献的大小取决于频率、航速和航深。对于给定的航速和航深，存在一个临界频率，低于此频率时，谱的主要成分是机械和螺旋桨的线谱；高于此频率时，谱主要成分是螺旋桨空化的连续谱。,提示：通常舰艇的临界频率为100Hz1000Hz，取决于船的种类、航速和航深。鱼雷的临界频率比较高（机械速度高）。,19,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船、潜艇、鱼雷的辐射噪声级,教材中所列的数据是第二次世界大战期间的舰船辐射噪声水平，现代的舰船辐射噪声水平明显低于教材所列的数据，但教材所介绍的辐射噪声级随航速变化规律具有普遍性。,20,College of Underwater Acoustic Engineering,辐射噪声的测量,测量方法：让被测船航行通过远处的测量水听器来实现测量。,按照测量水听器、设施布放方式：固定式和活动式。,水听器阵形式：潜艇和鱼雷,深海（海深大于,60,米）、垂直阵；水面舰船,浅海（海深大于,30,米）、水平阵。,21,College of Underwater Acoustic Engineering,辐射噪声的测量,用于测量辐射噪声的水听器布设,22,College of Underwater Acoustic Engineering,辐射噪声的测量,辐射噪声通常以,1Hz,带宽内谱级表示，但对于测量仪器设备工作带宽为,W,，该带宽内噪声级为,BL,，则,1Hz,带宽内的谱级为,BL-10lgW,。,提示,：上述噪声为白噪声，如果被测带宽内有线谱噪声，则归算方法不再适用。,通常测量是在远场，一般按照球面波扩展规律进行修正，归算到离声源声中心,1,米处。因此，需要精确知道水听器与被测舰船之间的距离，一般采用同步钟测距装置（主动声纳）。,23,College of Underwater Acoustic Engineering,辐射噪声的测量,目前，舰船辐射噪声测量是一项专门测量技术，随着潜艇隐身技术水平的提高，对测试技术和设备提出更高的要求。国内有多家单位从事这方面的研究工作。,24,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船自噪声源及其一般特性,自噪声是本舰声纳的一种特殊干扰背景，表现为声纳方程中的NL，是舰船上各种声源产生的。,自噪声与辐射噪声的异同点：,相同点：声源根本相同；,不同点：,1）在声纳方程中的作用不一样，辐射噪声为SL，自噪声为NL；,2）自噪声的传播路径复杂，而且可变；,3）自噪声为近场噪声，辐射噪声为远场噪声。,25,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船自噪声源及其一般特征,噪声源：机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声。水动力噪声，特别是流噪声，对声纳设备的影响是十分严重的。,机械噪声和螺旋桨噪声,它们是自噪声的主要声源。,机械噪声,：是噪声低频段的单频分量，在低速航行时，舰船的辅机是主要的自噪声源，与航速几乎无关。,螺旋桨噪声,：在高航速、高频,/,浅海和艇尾方向，它才是主要自噪声源。,26,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船自噪声源及其一般特征,水动力噪声,水动力噪声：水流流经水听器、水听器支架座和船体外部结构所形成的噪声源，如湍流附面层水听器上产生湍流压力、流激壳体振动、空化和涡流辐射噪声。水动力噪声随速度增长快。,流噪声（一种特殊的水动力噪声）：是由水听器附近的湍流附面层中的湍流作用在水听器外表上的压力。为了减小流噪声的干扰，一般安装流线型导流罩，降低水流的直接撞击和防止空化噪声的产生。,27,College of Underwater Acoustic Engineering,舰船自噪声源及其一般特征,水动力噪声,一般声纳设备安装在舰首，海水波浪冲击船身形成自噪声，它随航速增大很快。综上所述，舰船自噪声与航速密切相关，见以下图。,28,College of Underwater Acoustic Engineering,自噪声的传播路径,自噪声是近场噪声，传播路径复杂而多变。船壳传递、水中直接路径、散射体反射、海底和海面的反射等路径。,自噪声级,教材中所列的数据是二次世界大战期间的舰船自噪声水平。,舰船自噪声的测量,由于自噪声的声源众多、路径复杂多变，声场不稳定，因此准确测量自噪声比较困难。测量结果与水听器安装位置、安装方式及其指向性有关。,29,College of Underwater Acoustic Engineering,自噪声级,参考数据取自二战时期的测量结果。,舰船自噪声的测量,为使用上的方便，引入等效各向同性自噪声级：用无指向性水听器测量结果表示舰船自噪声级。设指向性水听器测得声级为 ，则等效各向同性自噪声级,NL,