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《哈尔滨工程大学》 2017年
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舰船水下噪声预报与优化设计

刘致豪  
【摘要】:随着各国航运事业的不断壮大,军事和经济等发展,人们对舰船综合性能要求越来越高,在此背景下舰船噪声研究受到越来越多研究者的关注。舰船噪声会降低船体部件疲劳寿命,干扰船舶设备的运行与使用,使船上人员身体受到伤害,同时会对舰船自身的隐蔽性、适航性、可用性产生影响。如果在舰船设计过程中考虑舰船水下噪声的预报以及降噪技术,这将大幅缩减舰船设计费用并减少建造成本。因此,进行舰船减振降噪的研究具有很高的实际价值。本文采用有限元法、边界元法对舰船水下噪声预报与优化设计进行了研究。对螺旋桨噪声、水动力噪声、机械噪声三种舰船水下噪声源分别进行分析研究。先对螺旋桨无空泡噪声做出数值预报,用Star ccm+对螺旋桨的流场模拟和分析,通过FW-H声类比方程分别对噪声进行了数值计算和分析。接着基于Star ccm+计算舰船自身以及外部流场介质耦合振动结果,依据耦合振动获得节点响应结果,接着把位移数据处理为运动响应结果,最后通过声学软件Virtual lab计算了监测点处的均方声压值,获得了有效的水动力噪声预报方法。接着对舰船的机械噪声进行研究,通过悬置点处激励计算了声振耦合情况下舰船的噪声辐射,然后通过此结果得到了悬置点处的力与场点声压的传递函数。再对发动机进行了分析,得到了发动机载荷与悬置点处的传递函数,最后将前面的分析综合起来,直接得到整个系统的传递函数。用此结果可以直接分析发动机载荷激励引起的振动响应以及噪声辐射。将之前三种噪声源模拟到同一个舰船上,对三种噪声综合分析得出舰船的水下噪声特性。探讨了舰船外板结构粘贴复合阻尼层的优化设计,对比研究了阻尼系数、敷设方式以及同厚度下约束阻尼和自由阻尼对舰船减噪效果的影响。研究表明,本文所探讨分析的噪声预报和优化设计方法是可行的。随着进速的增大,螺旋桨的无空泡噪声随着增大。当进速相同时,随着远离桨轴中心距离的增大,螺旋桨的无空泡噪声随之降低。舰船水动力噪声最大值发生在球鼻艏的前缘部分,并随着航速的增大而增大。由发动机引起的机械噪声,经过仿真模拟得出从发动机到场点声压的总传递函数,从系统响应的观点出发,分析了系统与子结构间的传递函数关系,以及与之对应的耦合激励力。综合三种噪声源计算分析得出在低航速时,机械噪声是舰船水下噪声的主要分量;高航速时,螺旋桨噪声是舰船水下噪声的主要分量。对舰船外板结构进行阻尼处理后,阻尼系数越大振动传递率曲线的峰值越小,减振降噪效果越好。在阻尼层厚度相同的情况下,约束阻尼结构的降噪效果优于自由阻尼情况。但是由于约束阻尼的实施工艺相对比较麻烦,在阻尼层结构较薄的情况下,如果降噪要求较低,首先应考虑自由阻尼结构。在结构厚度相同的情况下,自由阻尼的减振效果优于约束阻尼的降噪效果,这主要是因为阻尼的耗能减振效果远大于约束材料与阻尼之间产生的剪切耗能。但由于阻尼材料成本较高,所以当降噪要求较高时,可以考虑约束阻尼结构。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U674.7

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