水下压电圆柱壳结构振动与近场声场特性研究

圆柱壳体结构是水下航行器的基本结构形式，舷侧阵声纳是布放在其两舷的一种大型被动声纳。壳体结构振动引起的振动直接传递与近场辐射噪声是舷侧阵背景噪声的主要来源，也是影响舷侧阵声探测性能的主要因素。为构建一个低噪声的水听器基阵系统，项目提出将水下航行器结构或部分舱段采用压电智能壳体结构；通过建立流固耦合条件下分布式压电壳体结构的动力学模型，对其振动声辐射特性进行研究，分析壳体近场辐射噪声场的空间特性，提出压电传感器与作动器数量、位置与尺寸的优化准则；为掌握近场声场特性，更好的布放水听器阵，最大程度减少基阵受到壳体结构振动声辐射的影响，利用振动与辐射噪声之间存在的声学关系，通过结构表面振动速度场对近场声场进行重构，结合实验研究，提出水听器基阵的优化布放准则，并设计试验进行验证。.该研究成果可为设计与建造安静型水下航行器提供重要的理论依据，为降低舷侧阵背景噪声、提高其声探测性能提供必要的技术支持。

圆柱壳体结构是水下航行器的基本结构形式，舷侧阵声纳是布放在其两舷的一种大型被动声纳。壳体结构振动引起的振动直接传递与近场辐射噪声是舷侧阵背景噪声的主要来源，也是影响舷侧阵声探测性能的主要因素。项目研究围绕降低壳体振动直接传递与近场辐射噪声两方面展开。. 项目研究建立了流固耦合条件下水下压电圆柱壳体的动力学模型，对其结构振动特性进行研究，通过理论分析、仿真研究，论证了水下航行器结构或部分舱段采用压电智能圆柱壳体结构来控制结构振动噪声的方案可行性。基于ANSYS多物理场耦合分析系统，建立了压电圆柱壳结构的有限元模型，采用闭环控制系统，对圆柱壳体结构振动进行了主动控制仿真研究。针对压电片的长度、厚度及布置方式等不同参数进行了研究，探讨了不同因素对减振控制的影响。结果表明：选用X极化方向的PZT-5H的压电片，增大其几何尺寸，并将其粘贴在固支端，可以提高压电片的减振效果。. 对水下压电圆柱壳体的振动辐射噪声场特性进行了的研究，分析研究了不同激振频率下圆柱壳体的近场声场特性及其特点。采用波矢分析的方法计算了考虑流固耦合条件下圆柱壳体的结构振动与近场声辐射特性，通过对壳体内部振动场的波数－频率谱进行分析，得到振动波的传播信息，如传播方向、传播速度等，研究表明流体近场声场的空间特性相比结构表面的声场更加起伏，掌握声场的空间特性对布阵非常有利。该研究具有重要意义，可为设计与建造安静型的水下航行器提供重要的理论依据。