超磁致伸缩复合智能消声瓦主动回声抑制研究

On the unique properties of GMM(Giant Magnetostrictive Material) and underwater acoustic transducer design, the thin intelligent active anechoic tile materials can be developed. Requirements such as high voltage, low frequency, high actuating efficiency, thin thickness and light weight can be satisfied in acoustic layer (i.e. intelligent anechoic tile) of underwater target echo suppression initiative system. The linear magnetostrictive transducer structure and performance can be simulated and optimized with the finite element theory. Using solid incentive sounding method, linear magnetostrictive transducer can be combined with light radiation panel. And the thin intelligent anechoic tile actuating materials with large acoustic radiation power can be constructed; whose thickness is less than 5CM. The active anechoic tile is designed with optimization of mechanical design and electrical equipment and the high frequency actuating efficiency. The 9 intelligent materials are laid in underwater large specimen surface in the way of embedded panel. Distributed active echo suppression system is constructed, and multi channel active noise control algorithm is studied. Active echo suppression experiment of underwater large specimen is done in pressure anechoic tank. New active acoustic layer composites can be invented, which will provide a new approach for the underwater target echo suppression.

从稀土超磁致伸缩材料的独特性能入手，结合水声换能器设计理念，研究薄型智能主动消声瓦材料，满足水下目标主动回声抑制系统中的声学覆盖层（即智能消声瓦）所必须的耐高压、低频工作、高作动效率、厚度薄、质量轻等要求。采用有限元方法对线性稀土超磁致伸缩换能器的结构和性能进行仿真与优化，将线性稀土超磁致伸缩换能器与轻质辐射面板相结合，采用固体激励发声的方法，构建厚度小于5cm且具有较大辐射声功率的薄型智能消声瓦作动材料。用优化的机电设计和高的低频作动效率设计主动消声瓦。采用嵌入式面板结构的方式将9块智能材料敷设在水下目标大试样模型表面，构建分布式主动回声抑制系统，研究多通道有源控制算法，在高压消声水池中进行水下目标大试样主动回声抑制实验。研制新的主动声学覆盖层复合材料和主动回声控制系统，为水下目标回声抑制提供新的技术途径。

在海军装备中，尤其是对于潜艇来说，声隐身技术是关系其生死存亡的核心技术。传统的被动消声技术完全依靠对被动式消声瓦的结构研究和对材料的探索改良，受到了极大的挑战。而探测声呐早已采用主动声呐，并且越来越低频化，这就成为制约传统被动消声技术的瓶颈问题。对于主动探测声呐的低频化趋势，传统被动消声技术早已显得无能为力。这样就无法满足当前的实际需求。采用智能材料的主动控制技术不仅是应对低频声波的有效手段，相比于传统隐身技术更加适用于实际工况。它不仅结合了计算机技术、数字信号处理技术、自动控制理论及声学理论等多学科多领域的综合技术手段，而且应用了最新的智能材料。.由于水下目标主动消声系统的应用环境较为特殊，覆盖在目标表面的智能消声瓦必须满足耐高压、低频工作、高作动效率、厚度薄、质量轻等严格要求，使水下有源智能消声结构与声学材料的发展极为困难，制约主动回声抑制技术的发展与应用。本文基于主动控制理论，围绕大型水下目标主动抑制的核心问题，在理论以及实际应用等方面进行了探究探索。.项目的主要研究内容如下：.（1）结合国内外新型智能材料，研究了压电智能材料和超磁致伸缩智能材料的水下主动回声抑制理论和方法。用有限元方法对智能材料进行仿真和优化，选择最佳设计进行机电设计和低频优化。.（2）进行多通道水下目标自适应控制系统研究。基于多通道LMS自适应算法和DSP实时处理系统，设计一套多通道水下目标自适应主动控系统。用于测量智能消声瓦作动性能以及激励层和传感层的传递函数，以便评估控制前后水下目标回声抑制效果。.（3）静水压条件下大尺寸水下目标主动回声抑制实验研究。基于智能材料的设计结果及水下目标的自适应控制系统，首先在水声声管中进行单件智能材料的主动回声抑制实验。然后在大型可控压力的水罐中，进行静水压条件下智能材料阵列主动回声抑制实验，评估智能材料的使用效果及自适应系统控制方法实际应用情况。.（4）进行大尺寸水下目标主动回声抑制技术研究与预测。以智能消声瓦材料的研制工作和静水压条件下水下大试样主动回声抑制实验研究工作为基础，分析基于多通道自适应算法的主动回声抑制系统的复杂性与应用代价，讨论将有源声学结构应用到水下目标主动回声抑制上的一般性规律。.（5）将有限尺寸的水下大试样模型的主动回声抑制研究进一步推进，结合水下目标低频回波数值仿真技术，开展实际尺寸的水下目标主动回声抑制技术研究。