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水下消声覆盖层吸声机理研究

白国锋  
【摘要】: 水下消声覆盖层是提高潜艇隐蔽性的主要装备,也是唯一既能够有效降低主动目标强度又能抑制辐射噪声的一项综合性的关键技术。消声层的声学设计是其重要的组成部分之一,特别是消声层已经向低频宽带发展,长期以来一直是水下消声降噪领域的一个难题。传统的消声层使用单一圆柱腔谐振吸声,但是吸声频带很窄。现代应用的吸声层基本是阻抗过渡结构或复合谐振吸声结构,但我国在这一领域的研究却不尽如人意,针对水下消声覆盖层的吸声系数预报及声学设计问题,本论文利用多种解析方法研究声学模型,并对各种模型的声腔结构和材料参数做了详细的分析,为消声层的声学设计打下了良好的基础。 解析模型以分层介质中的波动理论为基础,建立了等效参数的概念,并运用声阻抗的复数表示法把阻尼层对介质层声能吸收的影响都考虑进去,通过比较敷设消声覆盖层前后多层传递损失的差异来获得消声层的效率。本论文首先对均匀材料的吸声特性做了深入的分析,并详细讨论了WKB微扰摄动法,利用WKB方法计算阻抗过渡结构的吸声系数。之后,本文进一步针对阻抗过渡结构和谐振吸声结构,研究了变截面波导声传播理论模型、分层媒质等效阻抗模型、粘弹性圆柱管声传播理论模型、发泡材料等效参数计算模型和谐振声腔理论,在此基础上,讨论了复合结构吸声系数的计算问题。论文应用各种模型作了大量的计算机仿真研究。 本论文利用各种解析模型的声学设计理论,使用MATLAB与VB软件建立了一套水下消声覆盖层吸声系数预报软件,研究了最优化设计中单参数最小化、无约束非线性最小化和有约束最小化理论的一些算法,利用现有模型的吸声系数计算公式作为目标函数,初步优化了一些结构的材料参数。根据水下消声覆盖层解析模型理论和大量的仿真研究,本文分析了消声层一些结构声学参数的吸声特性,提出了一些改进消声层吸声性能,提高潜艇声隐身性能的建议。


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