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基于声学超材料的鱼雷动力舱段减振方法研究

孙旭阳 周景军 王谦 张志民

孙旭阳, 周景军, 王谦, 等. 基于声学超材料的鱼雷动力舱段减振方法研究[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0063
引用本文: 孙旭阳, 周景军, 王谦, 等. 基于声学超材料的鱼雷动力舱段减振方法研究[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0063
SUN Xu-yang, ZHOU Jing-jun, WANG Qian, ZHANG Zhi-min. Research on the method of torpedo powerhouse segment vibration damping based on acoustic metamaterials[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0063
Citation: SUN Xu-yang, ZHOU Jing-jun, WANG Qian, ZHANG Zhi-min. Research on the method of torpedo powerhouse segment vibration damping based on acoustic metamaterials[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0063

基于声学超材料的鱼雷动力舱段减振方法研究

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0063
详细信息
    作者简介:

    孙旭阳(1999-), 男, 在读研究生, 研究方向为声学超材料的减振应用

  • 中图分类号: TJ630

Research on the method of torpedo powerhouse segment vibration damping based on acoustic metamaterials

  • 摘要: 鱼雷声隐身性能直接影响发射平台的安全性、鱼雷攻击的隐蔽性及线导导引的有效性。目前广泛采用的减振降噪手段在控制鱼雷中低频振动方面效果不佳, 为解决这一问题, 本研究针对鱼雷动力舱段展开了声学超材料减振方法研究。首先, 对动力舱段在轴向激励下的振动响应特性进行分析, 设计了悬臂梁局域共振单元结构, 并对该结构的带隙特性及减振效果进行分析。其次, 针对动力舱段支承结构, 提出基于声学超材料的减振方案。仿真分析发现, 声学超材料在相应带隙范围内对振动具有显著的衰减效果, 某些测点的衰减量高达11.95 dB。最后, 通过试验验证了声学超材料减振方案的有效性, 为解决鱼雷动力舱段中低频振动问题提供思路。

     

  • 图  1  典型舱段模型

    Figure  1.  Typical powerhouse segment model

    图  2  激励点与测点位置示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of the location of the excitation point and the measurement point

    图  3  初始振动响应曲线

    Figure  3.  Initial vibration response curve

    图  4  超材料单胞结构示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of the structure of a single cell of metamaterials

    图  5  悬臂梁局域共振单元能带结构图

    Figure  5.  Energy band structure of the local resonance unit of the cantilever beam

    图  6  振动传递率

    Figure  6.  Vibration transfer rate

    图  7  超材料布置方案

    Figure  7.  Hypermaterial arrangement scheme

    图  8  各测点振动加速度响应对比

    Figure  8.  Comparison of vibration acceleration response at each measurement point

    图  9  试验系统图

    Figure  9.  Diagram of the test system

    图  10  现场试验布置

    Figure  10.  Field test layout

    图  11  试验现场传感器布置图

    Figure  11.  Sensor arrangement at the test site

    图  12  声学超结构布局

    Figure  12.  Acoustic Superstructure Layout

    图  13  壳体测点加速度响应对比

    Figure  13.  Comparison of acceleration response of shell measurement points

    表  1  动力舱段材料参数

    Table  1.   Material parameters of the power module section

    结构材料密度/(kg/m3)弹性模量/GPa泊松比
    壳体铝合金2 72070.00.33
    前支承
    后支承
    铝合金2 81071.70.33
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    表  2  局域共振单元材料参数

    Table  2.   Material parameters of the localized resonance unit

    材料密度/(Kg/m3)弹性模量/GPa泊松比
    铝合金2 72070.00.330
    有机树脂1 1532.10.400
    11 30040.80.369
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    表  3  0-1 500 Hz内各测点加速度总振级

    Table  3.   Total acceleration level for each measurement point within 0-1 500 Hz

    测点位置原支承/(dB)声学超材料支承/(dB)总衰减量/(dB)
    P1(x)104.0499.744.30
    P2(x)106.20103.302.90
    P3(x)91.0685.465.60
    P4(x)92.2884.028.26
    P5(y)79.3176.183.13
    P6(y)82.8276.246.58
    P7(y)78.0171.616.40
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    表  4  0-1 500 Hz内各测点加速度总振级

    Table  4.   Total acceleration level for each response point within 0-1 500 Hz

    测点位置原支承/(dB)声学超材料支承/(dB)总衰减量/(dB)
    CH162.1359.622.51
    CH261.0758.073.00
    CH355.9953.282.71
    CH453.6350.762.87
    CH545.8945.080.81
    CH644.3642.202.16
    CH742.4439.862.58
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-07
  • 修回日期:  2024-05-19
  • 录用日期:  2024-05-22
  • 网络出版日期:  2024-06-03

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