螺旋桨激励下水下双层组合壳耦合系统的振动与声辐射机理分析及实验研究

The research on the model, algorithm and vibro-acoustic characteristics of the submerged double hull under the propeller excitation is of great significance for improving the submarine acoustic stealth performance. This project is aimed at the practical engineering problems called "the vibration and acoustic radiation mechanism and control technology of the submerged double hull under the propeller excitation". It can be modeled as "the research on vibro-acoustic mechanism and model test of coupled system constructed of the propulsion, shafting and double combined shell". Condensed transfer function method, precise transfer matrix method and FEM are intended to use in this project. A double combined shell, propulsion - shafting - single combined shell and propulsion - shafting - double combined shell are established as submerged dynamic models and used to analysis the vibration issue. Then the underwater acoustic radiation of the series model are research by virtual wave superposition method. The noise mechanism of the submarine under the propeller excitation is discussed and the prediction method of the acoustic noise of double submerged structure is obtained by the mechanism analysis and model test. Finally the prediction platform of acoustic noise of intellectual property can be developed.

开展螺旋桨激励下潜艇双层艇体结构水下辐射噪声的模型、算法及其声特性研究对提高潜艇声隐身性能具有重要意义。本项目正是针对“螺旋桨激励下双层艇体结构的声振机理及控制技术研究”这一工程实际问题，将其理论抽象为“推进器-轴系-双层组合壳体耦合系统的水下振动与声辐射机理与实验研究”的基础问题。本项目拟结合精细传递矩阵方法和有限元法，以综合传递函数法为基本手段，建立双层圆锥壳-圆柱壳-球壳组合壳、螺旋桨-推进轴系-单层组合壳结构及螺旋桨-推进轴系-双层组合壳结构等系列动力学模型，进行振动传递特性分析；结合虚拟波叠加法，研究系列模型的水下辐射噪声特性，探讨螺旋桨激励下潜艇结构的水下辐射噪声机理，开展相应模型的振动与水下声辐射模型实验研究，发展并完善基于半解析方法的螺旋桨激励下双层艇体耦合结构的辐射噪声预报方法，开发并形成具有自主知识产权的水下噪声预报平台。

针对潜艇水下辐射噪声的研究从振动和噪声产生机理、计算方法、控制技术及测量方法等多个层面开展了大量的研究。目前数值方法往往受限于相应计算频段，且难以解释深层次的物理机理，预报精度很难保证。目前针对推进器-轴系-双层艇体耦合系统水下振动与声辐射的机理研究更是处于空白状态。因此通过半解析方法开展针对推进器-轴系-艇体耦合系统声学特性及试验研究就显得尤为重要。. 本项目对螺旋桨激励下水下组合壳体的振动与声学性能进行理论和试验研究，针对双层组合壳耦合结构、桨-轴-单层组合壳耦合系统及桨-轴-双层组合壳耦合系统，结合半解析方法，开展其耦合系统的振动传递特性及水下声学性能研究，深入研究相关参数的灵敏度特性，并开展系列模型的实验研究，验证提出半解析方法的有效性。本项目建立桨-轴-单(双)层组合壳耦合系统振动和辐射声场的计算模型，突破了推进轴系与单(双)层组合壳体的声振耦合关键技术，揭示了螺旋桨激励经由轴系、轴承及基座向单(双)层组合壳体振动传递机理及水下辐射声的内在联系，进而掌握了螺旋桨激励下艇体耦合系统振动与水下声辐射的声传递机理与控制策略。本项目研究可为螺旋桨激励下潜艇辐射噪声预报及控制提供一套工程化估算方法。