水下航行器实航与台架试验的振动相似律

　　水下航行器结构振动预报是噪声预报的重要基础之一。要精确地预报水下航行器在实航状态下的辐射噪声水平,必须掌握其振动规律,台架振动试验的目的就在于了解结构振动水平及各种机械设备对总振动级的贡献、减振降噪的技术途径,从而为低噪声水下航行器声学设计提供实验依据。

　　然而,台架振动试验测试获得的振动级与实航振动级、振动级与试验工况之间的关系,是水下航行器研究中普遍关心的问题,必须加以深入研究,并揭示其相似性规律。本文利用统计能量分析理论,详细研究了台架振动试验、水下实航两种不同情况下的振动水平,最后获得了台架与实航的振动相似性规律,它具有一般性,可以应用于各种不同型号的水下航行器的振动预测。本文研究得到的相似性规律为通过台架试验预测实航振动水平提供了理论依据,并由此可预测实航时的辐射噪声级,从而节约大量试验经费、时间和人力资源的消耗。

　　1　相似性假设条件

　　实航与台架试验振动相似律研究,就是要寻求实航振动级与台架试验振动级之间的相似性规律。台架振动测试一般分两类,一类是单取主机舱一段壳体固定于减振台架上测试其振动级,另一类是在整个水下航行器组装以后进行。假设台架试验在全功率运行工况下进行。

　　台架试验中,动力部件的振动传递到主机舱壳体上,引起其振动。对于单段壳体振动试验,其振动能量完全用于主机舱壳体的振动耗能及其声辐射;对于整个航行器的振动试验而言,这些输入的振动能量除了用于主机舱壳体的声振消耗之外,还通过一定传播途径引起其它各段壳体的振动,并向外辐射噪声。

　　水下实航和陆上台架试验,是两种截然不同的状态。水下航行器实航时,动力系统的振动传递至主机舱壳体,并通过它向其它各段壳体传递,壳体振动向外辐射噪声。此外,水下实航中,结构向水介质辐射噪声,水介质对结构的附加阻尼明显大于空气介质。

　　需要特别注意的是,水下航行器动力装置的输出功率不等于引起振动的输入功率,两者之间没有明显的线性关系。动力装置的输出功率的绝大部分用于推进航行器,而极少部分能量将引起动力装置结构振动,并传递到水下航行器的壳体,使其振动。引起动力部件振动的主要原因则是动力及传动部分在运转过程中的撞击、结构形变、动不平衡等。

　　要在台架振动试验和水下实航之间建立关系,合理的假设是必需的。为便于分析,假定两种情况下从动力系统输入到主机舱壳体的振动功率是一致的,即引起振动的输入功率相同。

　　2　台架与实航振动相似性分析