基于波叠加方法的水下声源辐射声场预报及实验研究

    现代潜艇及其表面均覆盖有消声材料，同时也采取覆盖隔声材料，其结果使其辐射噪声的水平大大降低。圆柱壳结构作为潜艇的典型结构，对于其振动辐射问题的研究在实际中具有重要意义。水下结构振动辐射噪声的分析方法主要有数值法和实验法。前者主要有有限元法、边界元法、无限元法及统计能量分析法等［1 －3］。而实验方法主要包括均方声压法、声强法和声全息法等［4 －6］。何元安等［7］利用已知模型辐射效率和实验测量的结构表面均方加速度估算水下辐射声功率。金广文等［8 －9］研究了双层圆柱壳体速度场重构理论和声辐射因子的测量来实现水下结构噪声的预报，并给出了辐射因子的测量方法。陈明等［10］通过实验验证了多源激励下的辐射声场可以近似为单( 源激励下的非相干叠加。李冰茹等［11］运用波数分解法和波叠加法通过测量壳体表面振速来预报圆柱壳体近场声压。

    为了寻找一种求解声辐射问题或散射问题的简单算法，Koopmann 等［12 －13］提出了波叠加方法。其主要思想是结构的辐射声场可以由置于该辐射体内部若干个不同大小源强的虚拟源产生的声场叠加代替，适用于分析任意形状物体的声辐射，国外学者对此已有较深入的研究。Miller 等［14］将边界元法和波叠加法分析刚性体和弹性壳体的散射场进行了比较。Gargouri［15］采用波叠加法在测量潜艇舷侧阵基阵对应的内部振动后，得到了舷侧阵部位的机械噪声。Sarkissian［16 －17］针对声场局部全息重建问题开展了研究。在国内，于飞等［18］提出了一种稳健的全波数空间声场重构技术，适用于分析任意形状物体的声辐射。毕传兴等［19］利用等效源法对多源声场和半自由声场重建等问题进行了研究，并通过音箱实验验证了该方法的准确性。李加庆等［20］则用数值仿真分析了各因素对波叠加法重建准确性的影响。薛玮飞等［21］针对测量工作量较大等问题提出了混合波叠加技术，主要应用于机械噪声特征提取及声源识别等方面。目前关于波叠加法的研究大多处于验证和发展阶段，工程实际应用在国外已经开始涉及，国内还较少应用。本文利用波叠加方法通过圆柱壳体外水听器阵列测得的复声压来预报空间其它场点声压，并将预报值和测量值进行对比。仿真分析说明了该方法的正确性。水池实验和外场湖上实验分别对柱形换能器声源和受宽带激励源作用的双层加肋圆柱壳在光壳和敷设声学覆盖层后的辐射声场进行预报，并分析了测量面尺寸对预报精度的影响。针对工程中解决水下结构声学设备测量及声场预报的问题很有研究意义。