船舶噪声源的传递率矩阵识别方法及试验验证

    引　言

    船舶的噪声源识别或噪声传播途径识别问题是噪声控制中首要的也是最重要的工作［１］。通过振动噪声源识别研究，可以有效估计船舶各个噪声源对水噪声（包括辐射噪声和自噪声）的贡献量，及对噪声源进行相应的空间定位。从而指导船舶减振降噪措施的正确实施和辅助噪声系统的声学设计和噪声预报。另外，当机器或设备出现故障时，其声信号特性一般会改变，因而过噪声源识别研究，也有助于对机器设备进行状态检测和故障诊断，可以及时地掌握机械的运行状态，准确查找故障，提高船舶的声学性能。

    由于船舶结构及其工作环境的复杂性、特殊性，使其具有噪声源耦合强烈、试验实施难度大和测试信号易受环境干扰等特点，使得当前各种方法在实船噪声源识别上的应用往往难以令人满意［２］。目前解决此类噪声源识别问题较为有效的方法是近年来在汽车噪声源研究领域发展起来的传递路径分析（Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｐａｔｈ　Ａｎａｌｙｓｉｓ，ＴＰＡ）方法［３４］，但其过程繁琐、试验复杂，且难以准确反映设备在运行状况下的真实动噪声特性。为了避免上述缺点，一种基于传递率矩阵方法的噪声传递路径分析方法被提出［５］。随着分析中主要应用运行工况时的响应数据，ＴＭＭ也被称为工况ＴＰＡ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　Ｔｒａｎｓ－ｆｅｒ　Ｐａｔｈ　Ａｎａｌｙｓｉｓ，ＯＰＡ）方法［６，７］。即使ＴＭＭ具有众多优点，但在实际工程应用中仍存在３种缺陷［７］：由于结构的模态影响，输入振源间存在交叉耦合缺陷；实际工况的限制可能导致传递特性估计不准确；遗漏部分传递路径，ＴＭＭ的拟合总值对比不能识别。从ＴＭＭ实际应用中的缺陷看，有必要对ＴＭＭ进行改进，在保持效率的同时提高分析准确性。

    １　ＴＰＡ法与ＴＭＭ的基本原理

    ＴＰＡ方法的基本原理是：机械设备工作状态下辐射声场中的声压响应值等于其与各噪声源之间的频响函数和工作状态下各噪声源处的激励力乘积的叠加［３］，即

Ｐ（ｗ）＝ＨＦＰ（ｗ）Ｆ（ｗ） （１）

    式中　Ｆ（ｗ）为工作状态下的激励力列向量；Ｐ（ｗ）为工作状态下声场中声压响应的列向量；ＨＦＰ（ｗ）为各噪声源到辐射声场中声压响应的频响函数，它不仅是激励频率的函数，还和响应点、激励点的位置有关，但与激励的幅值无关。

    直接测量工作状态下的耦合激励力在实际操作中会遇到很多问题，间接测量法不需要嵌入力传感器，这可以在一定程度上避免直接测量法的不足，因而它是工程中常用的方法。逆矩阵法就是一种有效的获取耦合激励力的间接法［３］，该方法需测量力／加速度传递函数，结合实测振动响应Ｘ（ｗ），可获得力估计为