典型浅海水声环境中的船舶三维声弹性模型的验证方法技术

本发明专利技术公开了一种典型浅海水声环境中的船舶三维声弹性模型的验证方法，属于测试技术领域。该方法包括根据船舶三维声弹性计算方法设计典型水下航行器结构模型；制作典型水下航行器结构模型对应的实物，对实物进行干模态测试，得到实物的干模态测试结果；选取试验海域和试验时间；在试验海域和试验时间，对典型水下航行器结构模型对应的实物进行激振试验，获取实物在振动时与实物相距不同距离的位置处的声压信号；解决了船舶三维声弹性计算方法构建出的数值模型，缺乏相对应的试验验证方法的问题；达到了为采用船舶三维声弹性计算方法构建出的数值模型提供整体性的试验方案，有效地验证船舶三维声弹性计算方法计算出的模型的效果。

Verification Method of Three-Dimensional Acoustic-Elastic Model of Ships in Typical Shallow Water Acoustic Environment

The invention discloses a verification method for a three-dimensional acoustic elastic model of a ship in a typical shallow water acoustic environment, which belongs to the field of testing technology. The method includes designing typical underwater vehicle structure model according to ship three-dimensional acoustic-elastic calculation method, making the corresponding object of typical underwater vehicle structure model, testing the dry mode of the object, obtaining the dry mode test results of the object, selecting the test sea area and test time, and in the test sea area and test time, making the corresponding object of the typical underwater vehicle structure model. The typical underwater vehicle structural model carries on the excitation test to the corresponding object, obtains the sound pressure signal of the object at different distances from the object when it vibrates, solves the problem of the numerical model constructed by the ship's three-dimensional acoustic elasticity calculation method, lacks the corresponding test verification method, and achieves the goal of adopting the ship's three-dimensional acoustic elasticity calculation method. The numerical model constructed by the acoustic elasticity calculation method provides a holistic test scheme, which effectively verifies the effectiveness of the model calculated by the three-dimensional acoustic elasticity calculation method of ships.

【技术实现步骤摘要】
典型浅海水声环境中的船舶三维声弹性模型的验证方法
本专利技术实施例涉及测试
，特别涉及一种典型浅海水声环境中的船舶三维声弹性模型的验证方法。
技术介绍
船舶流固耦合振动与水中声辐射及声波在海洋环境中的传播与探测，是两个学科方向，一个偏重于流固耦合动力学研究领域，另一个偏重于水声学研究领域。船舶三维声弹性理论的重要应用方向是船舶辐射噪声的研究、分析以及设计控制。船舶水下辐射噪声性能不仅与船体本身和水介质的耦合振动有关，还与船舶所处的海洋声学环境密切相关。一方面，当船舶所处的海洋声学环境不同时，船舶的辐射噪声的船舶贵了会不同；另一方面，当海面、海底等声学边界环境与船体距离较近时，会影响到船体振动声辐射的频率和大小。因此，需要将船体振动、声辐射与声传播作为一个耦合的整体来统筹考虑。当前发展的船舶三维声弹性理论可以实现海洋水声信道环境中流固耦合振动、声辐射与声传播的统一分析。模型试验是验证计算技术正确性和实用性的重要途径，针对最新发展的典型浅海水声信道环境中的船舶三维声弹性计算技术，还需要相应的验证方法来支撑理论与计算技术的发展及推广应用。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种典型浅海水声环境中的船舶三维声弹性模型的验证方法。该技术方案如下：第一方面，提供了一种典型浅海水声环境中的船舶三维声弹性模型的验证方法，该方法包括：根据船舶三维声弹性计算方法设计典型水下航行器结构模型；制作典型水下航行器结构模型对应的实物，对典型水下航行器结构模型对应的实物进行干模态测试，得到典型水下航行器结构模型对应的实物的干模态测试结果，干模态测试结果包括干模态固有频率和干模态固有频率对应的振型；选取试验海域和试验时间；试验海域为具有典型的浅海水声信道环境的特点的海域，试验时间为海洋背景噪声、海况和海水声速剖面均符合试验要求的时间；在试验海域和试验时间，对典型水下航行器结构模型对应的实物进行激振试验，获取典型水下航行器结构模型对应的实物在振动时，与实物相距不同距离的位置处的声压信号。可选的，当典型水下航行器结构模型为环向加筋圆柱壳模型时，对典型水下航行器结构模型对应的实物进行干模态试验，包括：在环向加筋圆柱壳模型对应的实物的横剖面位置的半边圆周上均匀设置至少8个加速度传感器；在半边圆周的起始位置安装电磁激振机；将环向加筋圆柱壳模型对应的实物悬吊；控制电磁激振机产生满足预定条件的激振力，获取横剖面发生典型变形的干模态固有频率和干模态固有频率对应的振型。可选的，当典型水下航行器结构模型为环向加筋圆柱壳模型时，根据船舶三维声弹性计算方法设计典型水下航行器结构模型，包括：确定环向加筋圆柱壳模型的初始结构参数，结构参数包括圆柱壳的长度、圆柱壳的直径、圆柱壳的壳板厚度、环向加强筋的间距、环向加强筋的高度、环向加强筋的厚度；根据初始结构参数和船舶三维声弹性计算方法构建环向加筋圆柱壳模型；对环向加筋圆柱壳模型进行远场辐射噪声计算，得到远场辐射噪声结果；检测远场辐射噪声结果是否符合试验要求；若检测到远程辐射噪声结构不符合试验要求，则根据远程辐射噪声结果调整环向加筋圆柱壳模型对应的结构参数，并重新执行对环向加筋圆柱壳模型进行远场辐射噪声计算的步骤；若检测到远程辐射噪声结构符合试验要求，则将环向加筋圆柱壳模型作为用于试验的环向加筋圆柱壳模型。可选的，在试验海域和试验时间，对典型水下航行器结构模型对应的实物进行激振试验，获取典型水下航行器结构模型对应的实物在振动时，与实物相距不同距离的位置处的声压信号，包括：在试验时间，在试验海域锚泊接收船，通过接收船吊放接收水听器阵；在各个与接收船相距不同距离的位置处，利用发射船将典型水下航行器结构模型对应的实物吊放至试验深度；控制电磁激振机激励典型水下航行器结构模型对应的实物，通过接收船处的水听器阵接收声压信号。可选的，该方法还包括：根据干模态测试结果和干模态计算结果，验证、修正典型水下航行器结构模型。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过根据船舶三维声弹性分析方法设计典型水下航行器结构模型，制作与典型水下航行器结构模型对应的实物，对典型水下航行器结构模型对应的实物进行干模态测试，选取试验海域和试验时间，在试验海域和试验时间，对典型水下航行器结构模型对应的实物进行激振试验，获取典型水下航行器结构模型对应的实物在振动时，与实物相距不同距离的位置处的声压信号；解决了典型浅海水声信道环境中的船舶三维声弹性计算方法构建出的数值模型，缺乏相对应的试验验证方法，不利于对数值模型进行校验评估的问题；达到了为采用船舶三维声弹性计算方法构建出的数值模型提供整体性的试验方案，有效地验证典型浅海水声环境中船舶三维声弹性计算方法得到的典型水下航行器结构模型，降低试验成本和提高试验可操作性的效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据一示例性实施例示出的一种典型浅海水声环境中的船舶三维声弹性模型的验证方法的流程图；图2是根据另一示例性实施例示出的一种典型浅海水声环境中的船舶三维声弹性模型的验证方法的流程图；图3是根据一示例性实施例示出的一种环向加筋圆柱壳模型对应的实物的竖剖面；图4是根据一示例性实施例示出的一种环向加筋圆柱壳模型对应的实物在海上进行激振试验的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。请参考图1，其示出了本专利技术一个实施例提供的典型浅海水声环境中的船舶三维声弹性模型的验证方法的流程图。如图1所示，该验证方法包括如下几个步骤：在步骤101中，根船舶三维声弹性计算方法设计典型水下航行器结构模型。典型水下航行器结构模型属于船舶三维声弹性模型。属于典型水下航行器结构模型的水下航行器的特征较为典型。典型水下航行器具有耐静水压的环向加筋圆柱壳主体结构，在内部通过横舱壁进行舱室划分。采用船舶三维声弹性计算方法设计的典型水下航行器结构模型为与水下航行器模型的实物一一对应的数值模型。在步骤102中，制作与典型水下航行器结构模型对应的实物，对典型水下行航行器模型对应的实物进行干模态测试，得到典型水下航行器结构模型对应的实物的干模态测试结果。干模态测试结果指对模型对应的实物进行干模态测试得到的干模态结果。干模态测试结果包括干模态固有频率和干模态固有频率对应的振型。在步骤103中，选取试验海域和试验时间。试验海域为具有典型的浅海水声信道环境特点的海域。试验海域具有典型的浅海水声信道环境的特点，在试验时可以充分体现浅海水声信道环境对远场声传播的影响。此外，试验海域的海底还需要较为平坦，令海洋背景噪声能够满足试验要求。试验时间为海洋背景噪声、海况和海水声速剖面均符合试验要求的时间。可选的，在海上试验时，需要满足海况小于3级。在试验开始前测量海况即可，当海况小于3级，则说明海况符合试验要求。可选的，在海上试验前测量海水声速剖面，或，获取之前在海域测量得到的海水声速剖面数据。在海上试验时，需要海洋背景噪声较低。可选的，不同的试验要求对应不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种典型浅海水声环境中的船舶三维声弹性模型的验证方法，其特征在于，所述方法包括：根据船舶三维声弹性计算方法设计典型水下航行器结构模型；制作所述典型水下航行器结构模型对应的实物，对所述典型水下航行器结构模型对应的实物进行干模态测试，得到所述典型水下航行器结构模型对应的实物的干模态测试结果，所述干模态测试结果包括干模态固有频率和所述干模态固有频率对应的振型；选取试验海域和试验时间；所述试验海域为具有典型的浅海水声信道环境的特点的海域，所述试验时间为海洋背景噪声、海况和海水声速剖面均符合试验要求的时间；在所述试验海域和所述试验时间，对所述典型水下航行器结构模型对应的实物进行激振试验，获取所述典型水下航行器结构模型对应的实物在振动时，与所述实物相距不同距离的位置处的声压信号。

【技术特征摘要】
1.一种典型浅海水声环境中的船舶三维声弹性模型的验证方法，其特征在于，所述方法包括：根据船舶三维声弹性计算方法设计典型水下航行器结构模型；制作所述典型水下航行器结构模型对应的实物，对所述典型水下航行器结构模型对应的实物进行干模态测试，得到所述典型水下航行器结构模型对应的实物的干模态测试结果，所述干模态测试结果包括干模态固有频率和所述干模态固有频率对应的振型；选取试验海域和试验时间；所述试验海域为具有典型的浅海水声信道环境的特点的海域，所述试验时间为海洋背景噪声、海况和海水声速剖面均符合试验要求的时间；在所述试验海域和所述试验时间，对所述典型水下航行器结构模型对应的实物进行激振试验，获取所述典型水下航行器结构模型对应的实物在振动时，与所述实物相距不同距离的位置处的声压信号。2.根据权利要求1所述的验证方法，其特征在于，当所述典型水下航行器结构模型为环向加筋圆柱壳模型时，所述对所述典型水下航行器结构模型对应的实物进行干模态试验，包括：在所述环向加筋圆柱壳模型对应的实物的横剖面位置的半边圆周上均匀设置至少8个加速度传感器；在所述半边圆周的起始位置安装电磁激振机；将所述环向加筋圆柱壳模型对应的实物悬吊；控制所述电磁激振机产生满足预定条件的激振力，获取所述横剖面发生典型变形的干模态固有频率和所述干模态固有频率对应的振型。3.根据权利要求1所述的验证方法，其特征在于，当所述典型水下航行器结构模型为环向加筋圆柱壳模型时，所述根据船舶三维声弹性计算方法设计典型水下航行器结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹明松，刘树晓，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心中国船舶重工集团公司第七零二研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32