部分敷设阻尼材料的水下结构声辐射分析

    水下结构如潜艇和鱼雷，是在水中航行的复杂弹性体结构，其内部动力装置的机械振动传递到壳体，进而向周围流体介质传播噪声，从而形成辐射噪声。降低水下航行体的辐射噪声不仅可以提高自身的隐蔽性，而且还可以增大自身声呐系统的探测距离。在壳体表面敷设阻尼层是减少内部机械激励引起结构声辐射的重要声隐身技术之一。考虑到实际的水下航行体结构，由于设备和工艺的原因，使得壳体沿周向不能完全敷设阻尼材料。圆柱壳体是潜艇、鱼雷及其他各种水下航行体的主要结构形式。因而，研究部分敷设阻尼层圆柱壳体的声辐射性能，在工程实践中具有重要的现实意义。

    对于低频范围内的敷设阻尼层圆柱壳振动与声辐射问题，国内外有许多学者进行了研究，已取得一定的成果。Laulagnet 等［1 －2］研究了流体中覆盖有一层粘弹性阻尼材料的有限长圆柱壳的声辐射，在处理肋骨时采用了能量法。陈炜等［3］研究了敷设自由阻尼层的环肋圆柱壳在流场中的声辐射，并讨论了阻尼层各参数对环肋圆柱壳的声辐射影响。陈美霞等［4］研究了内、外壳体敷设粘弹性阻尼材料的有限长加肋双层圆柱壳的振动和声辐射性能。商德江等［5］用有限元软件 AN-SYS 和边界元软件 SYSNOISE 对双层加肋圆柱壳的水下受激振动与声辐射作了数值计算分析。李鸿芬等［6］讨论了敷设粘弹性阻尼层材料环肋柱壳在流体中受到径向激励时的响应。毛云等［7］利用模态展开技术和Green 函数法研究了部分敷设阻尼材料的有限长圆柱壳在流场中的声辐射特性。

    但在中、高频范围内，由于计算模型模态密集，结构模型的细微差异对结构响应影响较大。有限元和边界元等确定性方法受到计算机速度和内存的挑战，已不适应于求解高频结构响应的计算。程广利等［8］应用统计能量分析法( SEA) 预测中高频段船舶噪声。刘小勇等［9］采用统计能量分析方法，建立水下有限长双层圆柱壳体结构机械噪声预报模型，对统计能量分析重要参数的敏感性进行了一些分析。国内针对圆柱壳体高频辐射噪声的研究多是集中在计算模型的噪声预报上。对于运用 SEA 方法对敷设阻尼材料水下航行体高频辐射噪声的预报和有效控制的研究较少。本文首先建立了敷设阻尼材料水下航行体 SEA 计算模型，并通过数值计算分析了结构阻尼参数、阻尼材料敷设比例对水下航行体的降噪效果的影响。通过数值计算结果与该动力舱段模型试验结果的对比，验证了数值计算模型的有效性; 通过分析阻尼敷设比例对圆柱壳声辐射的影响，得到有效控制水下结构声辐射的一些结论。