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船舶辐射噪声源简化模型

孟春霞  
【摘要】: 任何船舶在运动过程中其机械设备的运转,以及船体本身的运动,都不可避免地会产生噪声,这种噪声在水中向周围传播,就在水下形成了随时间和空间分布的船舶辐射噪声场。由于船舶体积庞大、设备众多,在近场是一个十分复杂的体积声源,其声场具有时、空变化特性和空间指向性,在测量船舶水下辐射噪声时,为保证获得足够的信噪比,通常只能在近距离进行测量。为了便于由近距离测量结果推算远场辐射声场,开展船舶体积声源的建模研究,给出由近场推算远场的方法,是十分重要和必要的。 考虑到船舶水下辐射噪声是由自船艏至船艉(包括部分尾流)空间范围内分布的噪声源的辐射,再加上船体本身和尾流的声屏蔽效应所组成,本文建立了在船舶的艏部、舯后部和艉部,分别由若干个强度不同的多极子声源(单极子声源、偶极子声源、四极子声源和八极子声源)构成的船舶辐射噪声源的体积模型。 对适应于船舶体积声源的近远场数值计算方法进行研究,选择适当的传播模型。近场时选择快速场积分方法,该方法考虑了近场旁侧波对声场的影响,不受声源频率的限制,在中等距离内能够给出声场的精确解;而且能够同时给出空间多个位置点的声压值,计算速度快。远场时为简便计选择简正波理论。 分别对自由场条件下和浅海波导条件下的船舶近场辐射噪声源模型的合理性进行验证。仿真计算过程中,通过不断地调整各个多极子声源的强度系数和位置,得到声场的分布,与国外文献给出的结果相比,其分布形式吻合较好,证明本模型的合理性。 以全局自适应概率优化算法—小生境遗传算法为反演工具,由浅海波导条件下辐射噪声近场声压数据反演出三维空间中噪声源模型中各个多极子声源的强度系数和位置,由反演结果反推近场对应位置的声压,验证船舶辐射噪声源模型的有效性。在不同信噪比情况下对反演结果进行了精度分析,并研究了多极子强度系数和位置的误差对近区声场分布的影响。 提出了由船舶水下辐射噪声近场声压推算其远场空间指向性的方法。即利用船舶辐射噪声近场声压数据,反演出多极子声源强度系数和位置,将该结果作为声源参数,利用简正波理论计算出对应的远场空间指向性。 2008年8月在辽宁省庄河市大王家岛海域利用坐底式水声测量系统进行了辐射噪声源模型的海上验证试验。试验中测量了渔政船“中国渔政21103”在不同航速下的辐射噪声,得到了实测的辐射噪声近场等声压线分布图,分别在高航速和低航速情况下验证了船舶辐射噪声源模型的有效性。


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