空化噪声谱特性研究

空化发生时,气泡经历成长、溃灭、反弹、再溃灭等复杂过程,辐射出尖的声压脉冲,对空泡辐射的噪声特性起主导作用。空泡一次溃灭辐射的脉冲可以用单指数函数或双指数函数来描述,空泡多次溃灭辐射的脉冲可以用振幅衰减的指数函数序列来描述,本文对这些指数模型进行了详细的分析,得到不同模型对应的噪声谱。指出了这些模型的适用范围。并对经典单空泡噪声谱的特征进行了解释和说明。本文还利用多次脉冲对应的噪声谱解释了实验得到的噪声谱在中间的频率范围内的起伏现象     

非均匀入流中螺旋桨噪声数值预报

将黏性多相流理论的数值方法和球形空泡辐射噪声理论相结合,进行了非均匀入流条件下螺旋桨片空化的周期形态模拟以及螺旋桨空化单极子声源辐射噪声数值预报。采用流场数值模拟方法和声场边界元数值声学方法耦合的方法,在频域上预报非均匀入流下空化和非空化条件下螺旋桨负载噪声;通过数值预报负载噪声得到非空化条件下螺旋桨噪声,将片空化单极子声源辐射噪声和空化的负载噪声在频域上进行相加得到空化条件下的螺旋桨噪声。采用某民船桨模验证了非均匀入流下螺旋桨片空化周期形态以及空化单极子声源辐射噪声预报的准确性,然后分析了民船桨在空化和非空化条件下螺旋桨噪声的叶频和二倍叶频特征。结果表明,上述方法能有效地预报螺旋桨空化和非空化噪声的叶频特征。     

系统参数对超空泡航行体非线性动力学特性的影响

为保证水下超空泡航行体稳定地高速运动,在经典控制律的基础上,提出了一种新的控制律,并将之应用到超空泡航行体动力学模型中,通过动力学地图呈现了航行体尾翼偏转角、空化器直径随空化数变化的动力学行为,运用分岔图进一步探讨了超空泡系统的动力学特性,并采用数值仿真、相轨图和Lyapunov指数谱等非线性分析工具分析了航行体在不同参数下的运动状态。研究结果表明,随着尾翼偏转角、空化器直径和空化数的变化,超空泡系统的运动状态会在稳定航行、周期振荡和混沌振荡之间切换。当航行体参数不变,初始的深度、垂直速度、俯仰角和俯仰角加速度不同时,系统能体现瞬态周期、瞬态混沌和运动状态转移等非线性运动特性。研究结果将对超空泡航行体稳定控制有指导意义。     

刚性壁面附近多空化泡辐射噪声的研究

对空化泡在刚性壁面附近溃灭过程中的辐射声场进行研究,并得出刚性壁面附近单空泡、双空泡的辐射声压分布。研究表明由于刚性壁面的影响使得空化泡的辐射声场表现出一定的指向性。双空泡辐射声压分布还与空泡崩溃时间、空泡之间距离以及空化泡初始半径有关。在考虑到声压相位叠加时,待测点处的辐射声压依赖于空泡的声压幅值[p]和两空泡到观察点的声程差[Δ1=l12sinθ1]和[Δ2=l22sinθ2]。计算过程及结果为刚性壁面附近的空化计算提供依据,并为多泡空化的辐射声场分析提供理论依据,有助于修正空化泡的运动方程。     

水下航行器空化噪声偏度和峰度分析

空化是水下高速航行器在进行总体设计时需要考虑的重要因素。对空化产生的噪声特性进行研究有助于水下航行器航行性能和目标检测能力的提高。文章首先介绍了空化噪声的形成机理和数学模型,然后基于实测数据对空化噪声相应的统计特性进行了分析,计算了典型的单个声脉冲形式的空化噪声的概率分布、偏度和峰度,对比分析了无空化发生与空化发展比较充分条件下实测空化噪声的偏度和峰度特性。结果表明,在空化充分发展时水下航行器空化噪声具有明显的非高斯特性,其偏度和峰度值明显大于理想高斯噪声或者实际的海洋环境噪声。有利于提高空化条件下水下航行器对目标辐射噪声检测的准确性以及检测系统的环境适应能力。     

小波在瞬态空化噪声分析中的应用

本文采用小波变换对于空泡溃灭过程中辐射的瞬态噪声进行了分析,得到对应的小波系数随时间和频率的变化图象。与传统的Fourier谱相比,小波系数图象能描述出噪声谱中各种频率成分随时间的变化,更准确地反映出瞬态空化噪声的时域特征。     

PSO_SA算法在水下结构激励力源识别中的应用

提出一种识别水下弹性结构内部激励力源的匹配场处理方法,建立基于辐射声场的广义拷贝场概念,并提出采用粒子群模拟退火融合搜索算法对最优力源强度进行匹配搜索。以水下自由声场中的单层圆柱壳体作为研究对象,对声压传递函数进行了数值计算,针对激励力源识别匹配场处理方法进行了数值仿真分析;在消声水池中进行了水下单层圆柱壳体结构振动与辐射声场测试,将测试结果与拷贝场进行匹配处理,搜索最优力源强度,并以该搜索结果进行了圆柱壳体辐射噪声预报。仿真结果与试验结果均表明,这种方法可以有效的针对结构内部的力源强度进行分析排序;同时,利用匹配识别的结果进行辐射噪声预报时,预报精度很高。     

轴流泵叶顶泄漏涡空化的数值模拟与可视化实验研究

该文以某一等比例缩放模型泵为研究对象,采用修正的SST k-ω湍流模型和空化模型,对额定工况下轴流泵叶顶泄漏涡空化流进行了数值模拟,并与高速摄影结果进行了对比分析。探讨了叶顶区域泄漏涡空化流场结构,揭示了不同空化数下空化发生位置和空泡形态演变过程。研究结果表明,改进的数值模拟方法准确计算了叶顶区域空化流场的流动结构;轴流泵的初生空化为叶顶间隙空化和叶顶泄漏涡空化,随着空化数σ降低,叶顶泄漏涡卷吸区也出现了剪切层空化;在空化数较小工况下,沿着叶片吸力面在轴向形成空泡云,并在叶片尾缘存在周期性的空泡脱落和爆破过程,破坏了流动稳定性,并诱导产生空化噪声。     

超空泡航行器三维流场仿真及性能分析

提出了带进水管路超空泡航行器基本结构和性能评价方法.基于三维Reynolds平均N-S方程、Mixture 多相流模型和完全空化模型,建立了超窄泡航行器内外流仿真模型.开展了不同航行状态和空化器攻角下流场仿真,分析了航速、航行攻角和空化器攻角对空泡形态、航行器水动力特性和进水管路性能等影响规律.研究表明:航行攻角严重影...     

基于QPSO的水下加肋圆柱壳体噪声优化设计

提出了厚度分布沿轴向周期变化的加肋圆柱壳体有限元矩阵的快速导出算法,并结合边界元法对圆柱壳体在水下受力振动与声辐射进行预报。在此基础上,以低频段内总声辐射功率最小为优化目标,采用量子粒子群算法对厚度沿轴向周期分布的加肋圆柱壳体进行优化设计。数值仿真结果表明,该算法对水下加肋圆柱壳体的噪声优化设计分析周期有明显的改善,合理配置圆柱壳体的厚度分布可以有效的改善圆柱壳体在水下的噪声性能。     

The effect of fluid loading on acoustic pressure measurements near structures

Some of the difficulties encountered in underwater sound pressure measurements near structures are discussed. A computation is made of the sound field generated by a monopole acoustic source in the vicinity of an infinite thin elastic plate. To demonstrate the effect of fluid loading on pressure measurements, results are given for the upper half-space above the plate filled, alternately, with air and water, while a vacuum fills the lower half-space. Computed results for this model indicate that no energy bearing acoustic field can be propagated near an elastic plate when fluid loading is heavy. In such circumstances, sound pressure measurements near structures in air are not analogous to measurements that would obtain in water.     

组合声源测试消声器传递损失的噪声信号修正方法

针对某些传递损失较大的消声器,现有白噪声测试设备的单一噪声源发生器无法满足消声量的测试需求。通过采用低频和中频两种声源发生器,利用过渡管道与测试管道垂直连接的方式,实现了两种声源组合发声对消声器声学性能的测试。为了解决过渡管道与组合声源系统连接处声阻抗变化,导致输出的噪声信号频谱特性随机波动的问题,提出了一种噪声信号的修正方法。该方法基于四传感器法测量过渡管道声阻抗,根据过渡管道传递矩阵,以随机白噪声为激励源输出的管口噪声作为输出声压信号,得到组合声源系统的输入声压信号,实现了对组合声源系统声音信号的补偿。实验结果表明,与传统均衡器调节方法相比,该方法能够在较宽的测试频率范围内输出平稳的声压信号;其次,利用修正前后的声学信号对扩张腔的传递损失进行测量,修正后得到的测试曲线与理论值吻合度较高,证明了该方法的可行性。     

多极声源在裸眼井外的纵横波辐射特性

声波远探测方法已逐渐成为石油测井的一门重要应用技术,声源向井外地层中的辐射特性是远探测声场的主控因数。推导了单极、偶极和四极子声源的远场位移渐近解与辐射指向性公式,模拟分析了低频和常规测井频率下多极子声源在井外地层中的辐射图样,优选出不同声源辐射到地层中的优势波类型,并对比了不同频率下优势波指向性的变化规律。结果表明:单极辐射P波和偶极辐射SH横波在各自的辐射声场中占据了主导地位,它们对应的最佳激发频段分别在10 k Hz和4 k Hz左右,而在四极子声源的辐射声场中,P波和SH横波的指向性相近,均优于SV横波,且两者在7 k Hz左右达到最佳,为多极子声波远探测技术的应用提供了理论支持。     

基于附加源波叠加法的声辐射计算研究

针对单极子波叠加法在特征波数处声场解的非唯一性问题,采用一种通过添加附加源克服解非唯一性的方法-附加源波叠加法,即在单极子波叠加法的基础上添加一定数量附加源从而获得声场全波数域内的唯一解。本文给出了具有解析解的脉动球源、振荡球源及无解析解的立方箱体结构三个数值算例。计算结果表明：对于脉动球源,添加一个附加源就可较好解决声场解的非唯一性问题;对于振荡球源,增加附加源个数可解决声场解的非唯一性问题,但会降低声场解的精度,但通过增加单极子源个数可以很好提高计算精度;该方法计算效率略低于复数矢径波叠加法,但较三极子波叠加法效率更高;对于立方箱体结构,确定了最佳的附加源个数,保证了声场解的唯一性。     

基于广义逆波束形成的扩展性噪声源定位误差影响因素仿真研究

实现噪声控制的前提是正确识别出主要的噪声源,研究噪声源空间指向性对于噪声源的辨识和预测有重大意义。为提高复杂声源的分辨率,以单极子点源形成扩展性声源表征噪声源,引进广义逆波束形成算法对扩展性声源进行声源定位。通过仿真计算,分析了广义逆波束形成(Generalized Inverse Beamforming,GIB)算法中麦克风阵列阵元数、测量距离对定位效果的影响,系统比较了去自谱算法和GIB算法对点声源、扩展性声源(5个紧密相连的单极子点源)的分辨率。仿真表明:GIB算法中定位效果受阵元数目影响不大,相对提高了点声源的定位精度,而且能分辨出扩展性声源。     

Galton型高强气流声源的发声特性

文章介绍了一款带中心杆的Galton型气流声源,通过试验和数值模拟方法,研究了该声源发声特性、进气压力对声场分布的影响以及流体介质对发声特性的影响.研究发现,该声源稳定发声时,共鸣腔内压力场与流场均呈周期性变化;不同进气压力下,声场空间分布基本一致,具有较强的声指向性.共鸣腔后侧轴线处,声压级达到最大值,为153 dB...     

基于出口调制的气体脉冲压力发生方法研究

针对航空航天领域对中低压气体脉冲压力测试与校准的需求,介绍了一种基于出口调制型方式的中低压气体脉冲压力发生方法,利用稳定气流源和旋转阀,通过控制电机运动方式可在固定容腔中产生中低气体脉冲压力。根据旋转阀运动状态和阀口流通面积变化情况,建立气体压力关系式,通过理论计算得到的结果验证了旋转阀产生气体脉冲压力的可行性。利用本装置进行实验,开展不同电机转速和进气压力条件的实验,实验表明:产生的脉冲压力幅值在4 MPa以下,脉宽在15 ms以内,并且装置结构对脉冲压力波形影响较为明显,未来可进一步通过装置结构优化得到更为理想的脉冲压力波形。     

The Effects of Initial Conditions on Photoacoustic Waveforms Generated by a Gaussian Heating Source Moving in One Dimension

Although the photoacoustic effect is almost universally generated by radiation whose intensity is varied in time either by amplitude modulation of a continuous optical source or through the use of pulsed irradiation, it is possible to produce sound by movement of a continuous source in space. Here, the characteristics of sound production by movement of a light source in one dimension are discussed by solution to the wave equation for pressure. Solutions to the wave equation for the velocity potential, from which the acoustic pressure can be determined, are found using the D’Alembert integral and by Fourier transformation of the wave equation. The characteristics of the waveform generated by a Gaussian heat source moving uniformly in space are found to depend on the initial conditions for movement of the source.     

实验室标准传声器前腔体积的测量方法研究

实验室标准传声器的前腔体积(包括等效体积)是耦合腔互易校准声压灵敏度的主要不确定度分量.为了控制前腔体积与等效体积引入的不确定度分量,应用声学方法测量实验室标准传声器的前腔体积,分别利用有源耦合腔结合系列哑头空腔的方法和多个平面波耦合腔的方法对LS1P和LS2P传声器的前腔体积与等效体积之和进行测量.实验结果表明,有源耦合腔法和多个平面波耦合腔法均能有效测量实验室标准传声器的前腔体积,且测量结果具有较好的一致性.前腔体积的精确测量实现了实验室标准传声器声压灵敏度的高精度校准.     

Scattering of focused ultrasonic beams by two spherical cavities in close proximity

Ultrasonic fields generated by one and two spherical cavities placed in front of a point-focused acoustic lens are modeled by the semi-analytical distributed point source method (DPSM). Results are generated by properly considering the interaction effect between two cavities placed in the focused ultrasonic field. The interaction effect between the two cavities prohibits the linear superposition of single cavity solutions to obtain the solution for two cavities placed in close proximity. Therefore, although some analytical and semi-analytical solutions are available for the single cavity in a focused ultrasonic field, those solutions cannot be simply superimposed for solving the two-cavity problem even for a linear elastic material. Solution of this problem is necessary to evaluate when two cavities placed in close proximity can be distinguished by an acoustic lens and when it is not possible. The comparison between the reflections of ultrasonic energy from two small cavities versus a single big cavity is also investigated.