水中有限长圆柱壳体辐射声场特性

Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔｈ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｌ ｅ ｎｇ ｔ ｈ ｉ ｎ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ａ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ｃ ｏ ｕｐ ｌ ｅ ｄ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ． ｃ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｉｎ ｆ ｉ ｔ ｅ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ
ｉ ｎ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ａ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ａ ｎ ｅ ｄ ｅ ｒ ｉ ｖ ｅ ｄ ． Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｓ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍｕ ｌ ａ ｓ ，ｔ ｈｅ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏ ｎ
耦 合条件 下 的振 动路径及 特性 。
Ｖ ，Ｗ分别 为 振 动 在 坐 标 方 向 的位 移 ；Ｆ ， 和Ｐ 。分 别 为径 向点力 和 壳 体 表 面 压 力 ； ｃ 为 圆 柱 壳 体 纵 波 速
关 于水 中有 限 长 圆柱 壳 体 振 动 与 声 辐 射 研 究 ， 主要 集 中在 声 一振 理 论 计 算 模 型建 立 、声 辐射 功 率 与效 率影 响 因 素分 析 ，缺 乏 振 动 与 声 辐 射关 系及 辐 射 声场 特性 系 统研 究 。对 于 水 中有 限 长 加 肋 圆 柱壳 体 ，低 频激 励 时 加 肋 对 辐 射 声 场影 响较 小 ，此 时 可 简 化为无 肋 壳 体 。本 文 前 期 工 作 采 用 圆 柱 壳体 耦 合 振 动理 论 ，建立 有 源 点 激 励 水 中有 限 长 圆柱 壳体 声 辐 射数 学模 型 ，分 析 无 阻 尼 条 件 圆柱 壳 体 辐 射 声 场 特性¨ 。在 此基 础上 ，建 立 水 中有 限 长 圆柱 壳 体有 阻 尼条 件振 动 速 度 与 辐射 声 压 数学 模 型 ，进 而计 算 分 析结 构 阻尼 对壳 体 振 动 速 度 与 辐 射 声 场 的影 响 关 系 ，获 取壳 体 振 动 速 度 、辐 射 声 场 的变 化 规 律 ，及
０ 引 言
水 中有 限长圆柱壳体 结构是水 下航行 器 的基本 结
收 稿 日期 ： ２ ０ １ １ — ０ ９— ２ ６ ；修 回 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ２— ０ ４
构形式 ，研究其 振动与声 辐射特 性对 水下航 行器 振动
噪声测试 具有重要 实 际意义 。关 于有 限长 圆柱壳 体声
ａ ｌ ｏ ｎ ｇ ｗｉ ｔ ｈ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｔ ｎ ｅ ａ ｒ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｒ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ０ １ ｖ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ
ｌ 薏 ＋ 嚣 ＋ ＋ （ 。 Ｏ 。 ＇ ｗ 。 ｏ ４ ｗ ＋ 雾 ） ＋
【 等 ＝ ｃ Ｆ ，
式中： ， ，ｒ 分 别 为 轴 向 、周 向和 径 向 坐 标 ； ，
研 究 了不 同激励条 件下 内外壳体 振动 特性 ，建立 了水 下 双层 圆柱壳体有 限元模 型 ，计算 分 析 了壳 体 在流 固
一
振 特性研 究 ，Ｊ ｕ ｎ ｇ ｅ ｒ … 系 统 总结 了 Ｓ ｔ ｅ ｐ ａ ｎ ｉ ｓ ｈ ｅ ｎ 和
基金项 目： 装 备 预 先 研 究 资助 项 目 （ ５ １ ３ １ ０ ０ ４ ０ ２ ０ ２ ） 作者简 介 ： 武 国启 （ １ ９ ７ ９一） ， 男， 博士 ， 工 程师 ， 主要 从 事 舰 船 振 动 噪 声 测 试 分 析 。
ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｄ ａ ｍｐ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｔ ｈｉ ｓ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍｅ ｓ
第１ 期
武 国启 ： 水 中有 限 长 圆柱 壳体辐 射 声场特 性
・ ４ ７・
Ｓ ａ ｎ ｄ ｍａ ｎ 等研究成 果 ，根 据 圆柱壳 体耦合 振动理 论 ，
采用 Ｄ ｏ ｎ ｎ ｅ ｌ ｌ壳 体 理 论 ，则 圆 柱 壳 体 运 动 方
程 为 ：
建立 了有 限 长 圆柱 壳 体 振 动 和声 辐 射 的理 论 计 算 模 型 。Ｌ ａ ｕ ｌ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ ＿ ４ ｊ ，Ｇ ｕ ｙ ａ ｄ ｅ ｒ ＿ ５ 与 Ｗａ ｎ ｇ 在文献 ［ １ ］ 的基 础上 ，研 究 了有 限长 圆柱壳 体 声辐射 功 率与辐 射 效 率。对 于 加 肋 圆 柱 壳 体 声 一振 特 性 研 究 ， Ｌ ａ ｕ ｌ ａ ｇ ｎ ｅ ｔ 、Ｈａ ｒ ａ ｒ ｉ 、汤 渭霖 、廖 长 江 分别 建 立 了
ＷＵ Ｇｕ ｏ － ｑ ｉ
（ Ｄ ａ ｌ ｉ ａ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｉ ｆ ｃ Ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｄ ａ ｌ ｉ ａ ｎ １ １ ６ ０ １ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
速度 分布特 征 、 声 辐 射 近 场 和 远 场 特 性 。研 究 结 果 表 明 ： 随着结 构阻 尼增 大 ， 圆 柱 壳 体 振 动 能 量 与 声 辐 射 能 量 向 激 励 点处集 中 ， 且频 率越高 ， 这 种 集 中效 应 越 显 著 。在 声 辐 射 近 场 ， 声 压衰 减较 快 ， 其 分 布 规 律 与 壳 体 振 动 分 布 规 律 相近； 在声辐射远 场 ， 声压衰减 规律近 似为球 面 波衰 减 ， 声压 分 布具 有一 定 指 向性 ， 且 激 励 力 作 用 方 向 为 声 辐 射 主
摘 要 ： 理论 研究有 源点激励 时水 中有限长 圆柱壳体 辐射声场 特性 。根 据圆柱 壳体耦 合 振动理 论 推 导 有
，
源 点 激 励 时 水 中有 限 长 圆 柱 壳 体 振 动 速 度 与辐 射 声 压 计 算 式 ， 计 算 并 分 析 有 源 点 激 励 时 水 中 有 限 长 圆 柱 壳 体 振 动
ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｘ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ｉ ｎ ｔ ｈｅ ａｒ ｆ ｉｅ ｆ ｌ ｄ， ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｏ Ｗｓ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｘ ｉ ｍａ ｔ ｅ ｓ ｐ ｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｗａ ｖ ｅ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｏ ｕｓ ｔ ｉ ｃ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈａ ｓ ａ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
．
ｉ ｎ
ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｔ ｈｅ ｓ ａ ｍｅ ａ ｓ ｔ ｈｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ：
ｆ 窘＋ 考＋
１
＿Βιβλιοθήκη Baidu
－
ｌ ， ｘ Ｏ Ｚ ｖ
＋
…
＿
２
＋ 等 专 － ｏ ， 害＋ 嚣 一 号 ＿ ｏ ＇ ㈩
有 限长加肋 圆柱壳 体声 一 振 理论计 算模 型 ，并分 析 了 加 肋对有 限长 圆柱 壳体声 辐射功 率及 效率 的影 响 。金
广文¨ 通 过 双 层 加 肋 圆柱 壳 体 模 型 水 下 振 动 试 验 ，
ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｃ ｔ
ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ；ｒ ａ ｄｉ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｆ ｉｅ ｌ ｄ；ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｅ ｘ ｃ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｄ ａ ｍｐ ｉ ｎ ｇ；
ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｖ ｉ ｂｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｒ ａ ｄｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｏ ｆ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ
，
ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ ｇ ｅ ｒ ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｎｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ａ ｒ ｉｅ ｆ ｌ ｄ， ｔ ｈｅ ａ ｃ ｏ ｕｓ ｔ ｉ ｃ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ａ ｔ ｔ ｅ ｎｕ ａ ｔ ｅ ｓ ｑ ｕｉ ｃ ｋ ｌ ｙ ｗｉ ｔ ｈ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｄｉ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｃ ｏ ｕｓ ｔ ｉ ｃ ｉｅ ｆ ｌ ｄ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｃ ｙ ｌ ｉ ｎ ｄｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｈ ｅ ｌ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｉｎｉ ｆ ｔ ｅ ｌ ｅ ｎｇ ｔ ｈ ｉ ｎ ｗａ ｔ ｅ ｒ
第３ ６卷 第 １期
２ ０ １ ４年 １月
舰
船
科
学
技
术
Ｖｏ １ ． ３６，Ｎｏ ．１
Ｓ ＨＩ Ｐ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ Ｔ ＥＣＨ ＮＯＬ０ＧＹ
Ｊ ａ ｎ ． ，２ ０ １ ４
水 中 有限 长 圆 柱 壳 体 辐 射 声 场特 性
武 国 启
（ 大连测控 技 术研 究 所 ， 辽 宁 大连 １ １ ６ ０ １ ３ ）
要方 向 。
关 键词 ： 圆柱 壳体 ； 辐射 声 场 ； 有 源 激励 ； 结 构 阻尼 ； 集 中效应
中图分 类 号 ： Ｔ Ｂ ５ ３ ２ 文献标 识 码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ６ ７ ２— ７ ６ ４ ９ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １— ０ ０ ４ ６— ０ ６ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ４ ０ ４ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２— ７ ６ ４ ９ ． ２ ０ １ ４ ． ０ １ ． ０ １ ０