水下壓電圓柱殼結構振動與近場聲場特性研究

《水下壓電圓柱殼結構振動與近場聲場特性研究》是依託杭州電子科技大學，由李冰茹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水下壓電圓柱殼結構振動與近場聲場特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李冰茹
• 依託單位：杭州電子科技大學

項目摘要

圓柱殼體結構是水下航行器的基本結構形式，舷側陣聲納是布放在其兩舷的一種大型被動聲納。殼體結構振動引起的振動直接傳遞與近場輻射噪聲是舷側陣背景噪聲的主要來源，也是影響舷側陣聲探測性能的主要因素。為構建一個低噪聲的水聽器基陣系統，項目提出將水下航行器結構或部分艙段採用壓電智慧型殼體結構；通過建立流固耦合條件下分散式壓電殼體結構的動力學模型，對其振動聲輻射特性進行研究，分析殼體近場輻射噪聲場的空間特性，提出壓電感測器與作動器數量、位置與尺寸的最佳化準則；為掌握近場聲場特性，更好的布放水聽器陣，最大程度減少基陣受到殼體結構振動聲輻射的影響，利用振動與輻射噪聲之間存在的聲學關係，通過結構表面振動速度場對近場聲場進行重構，結合實驗研究，提出水聽器基陣的最佳化布放準則，並設計試驗進行驗證。.該研究成果可為設計與建造安靜型水下航行器提供重要的理論依據，為降低舷側陣背景噪聲、提高其聲探測性能提供必要的技術支持。

結題摘要

圓柱殼體結構是水下航行器的基本結構形式，舷側陣聲納是布放在其兩舷的一種大型被動聲納。殼體結構振動引起的振動直接傳遞與近場輻射噪聲是舷側陣背景噪聲的主要來源，也是影響舷側陣聲探測性能的主要因素。項目研究圍繞降低殼體振動直接傳遞與近場輻射噪聲兩方面展開。項目研究建立了流固耦合條件下水下壓電圓柱殼體的動力學模型，對其結構振動特性進行研究，通過理論分析、仿真研究，論證了水下航行器結構或部分艙段採用壓電智慧型圓柱殼體結構來控制結構振動噪聲的方案可行性。基於ANSYS多物理場耦合分析系統，建立了壓電圓柱殼結構的有限元模型，採用閉環控制系統，對圓柱殼體結構振動進行了主動控制仿真研究。針對壓電片的長度、厚度及布置方式等不同參數進行了研究，探討了不同因素對減振控制的影響。結果表明：選用X極化方向的PZT-5H的壓電片，增大其幾何尺寸，並將其貼上在固支端，可以提高壓電片的減振效果。對水下壓電圓柱殼體的振動輻射噪聲場特性進行了的研究，分析研究了不同激振頻率下圓柱殼體的近場聲場特性及其特點。採用波矢分析的方法計算了考慮流固耦合條件下圓柱殼體的結構振動與近場聲輻射特性，通過對殼體內部振動場的波數－頻率譜進行分析，得到振動波的傳播信息，如傳播方向、傳播速度等，研究表明流體近場聲場的空間特性相比結構表面的聲場更加起伏，掌握聲場的空間特性對布陣非常有利。該研究具有重要意義，可為設計與建造安靜型的水下航行器提供重要的理論依據。