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声学探测型水下滑翔机吸声结构设计及仿真分析

曾栋海 吴新宇 袁畅 彭宇轩 张建星 李宝仁

曾栋海, 吴新宇, 袁畅, 等. 声学探测型水下滑翔机吸声结构设计及仿真分析[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(6): 1-9 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0092
引用本文: 曾栋海, 吴新宇, 袁畅, 等. 声学探测型水下滑翔机吸声结构设计及仿真分析[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(6): 1-9 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0092
ZENG Donghai, WU Xinyu, YUAN Chang, PENG Yuxuan, ZHANG Jianxing, LI Baoren. Design and Simulation Analysis of Absorber Structure for Acoustic Detection Underwater Gliders[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0092
Citation: ZENG Donghai, WU Xinyu, YUAN Chang, PENG Yuxuan, ZHANG Jianxing, LI Baoren. Design and Simulation Analysis of Absorber Structure for Acoustic Detection Underwater Gliders[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0092

声学探测型水下滑翔机吸声结构设计及仿真分析

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0092
详细信息
    作者简介:

    曾栋海(2001-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为振动与噪声

    通讯作者:

    张建星(1994-), 男, 在读博士, 主要研究方向为水下航行器总体设计.

  • 中图分类号: U674.941; TU112.4+2

Design and Simulation Analysis of Absorber Structure for Acoustic Detection Underwater Gliders

  • 摘要: 机械噪声中的辐射噪声会对声学探测型水下滑翔机声学探测性能产生严重影响, 针对这一问题, 文中将吸声结构引入水下滑翔机的辐射噪声降噪研究。首先建立不同吸声结构的理论模型, 根据微穿孔板和多孔材料吸声理论, 提出用于降低水下滑翔机辐射噪声的复合吸声结构, 并利用COMOSL软件对复合吸声结构进行仿真分析, 用于指导复合吸声结构的设计。结果表明: 多孔材料层-空气腔-微穿孔板层-并联空气腔的复合吸声结构在0~2 000 Hz内的效果最好, 其在200~1 200 Hz内的平均吸声系数为0.663, 能有效降低水下滑翔机特定工况下的辐射噪声, 减小自噪声的干扰, 提高声学探测滑翔机的探测水平。

     

  • 图  1  吸声结构数学模型示意图

    Figure  1.  The schematic diagram of the mathematical model for sound-absorbing structure

    图  2  空气中不同厚度铝合金板的透射系数

    Figure  2.  The transmission coefficients of aluminium alloy plates of different thicknesses in air

    图  3  仿真模型结构示意图

    Figure  3.  Schematic structure of the simulation model

    图  4  不同吸声结构模型仿真结果与理论解、实验值对比

    Figure  4.  Comparison of simulation results of different sound-absorbing structure models with theoretical solutions and experimental values

    图  5  复合吸声结构仿真结果与理论解对比

    Figure  5.  Comparison of simulation results and theoretical solutions for composite sound-absorbing structure

    图  6  HUST1801泵喷自噪声实验示意图

    Figure  6.  Schematic Diagram of HUST1801 water jet mechanism self-noise experiment

    图  7  HUST1801泵喷自噪声实验结果

    Figure  7.  Results of the HUST1801 water jet mechanism self-noise experiment

    图  8  HUST1801泵喷机构不同工况下噪声频谱图

    Figure  8.  Noise spectrum of HUST1801 water jet mechanism under different working conditions

    图  9  不同复合吸声结构模型示意图

    Figure  9.  The schematic Diagram of different composite sound-absorbing structure

    图  10  不同复合形式下复合吸声结构的吸声系数

    Figure  10.  The absorption coefficients of different composite sound-absorbing structure

    图  11  基因聚合响应面结果

    Figure  11.  Results of the genetic aggregation response surface

    图  12  D1Da的响应面结果

    Figure  12.  Response surface result for D1, on a

    图  13  参数优化结果对应的不同吸声结构的吸声系数

    Figure  13.  The absorption coefficient of different absorber corresponding to the results of parameter optimisation

    图  14  穿孔板并联空气背腔后的复合吸声结构模型示意图

    Figure  14.  The schematic diagram of the composite absorber with the parallel air-backed cavity on microperforated panel

    图  15  不同宽度并联空气背腔后下复合吸声结构的吸声系数

    Figure  15.  The absorption coefficient under different width of the air-backed cavities

    图  16  增加复合吸声结构后的模型对比

    Figure  16.  Comparison of models with the addition of composite acoustic structure

    图  17  增加穿孔板并联背腔前后的复合吸声结构吸声系数对比

    Figure  17.  Comparison of sound absorption coefficients of composite sound-absorbing structures before and after adding perforated plates in parallel with back cavities

    表  1  多孔材料参数列表

    Table  1.   List of porous material parameters

    孔隙率流阻率(Pa·s/m2)曲折因子粘性特征长度(um)热特征长度(um)
    0.9269981.9465219
    下载: 导出CSV

    表  2  响应面自变量范围

    Table  2.   Response surface independent variable range

    D1(mm)D2(mm)t(mm)d(mm)D(mm)s(%)
    [0, 40][0, 40][0, 5][0, 5][0, 40][0.1, 5]
    下载: 导出CSV

    表  3  遗传算法优化参数

    Table  3.   Parameters of the genetic algorithm optimistion

    种群大小最大进化代数交叉概率变异概率
    1001000.80.05
    下载: 导出CSV

    表  4  复合吸声结构参数优化结果

    Table  4.   Optimisation results of composite acoustic structure parameters

    D1(mm)D2(mm)t(mm)d(mm)D(mm)s(%)
    19.53.91.60.4514.65
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-27
  • 修回日期:  2024-06-04
  • 录用日期:  2024-06-06
  • 网络出版日期:  2024-10-25

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