一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的装置及方法，装置包括绞车、钢丝绳、环型架、气垫、支杆、挂载、气管、增压泵，气垫贴敷在圆柱壳外表面，环型架放置在气垫的外面，钢丝绳的一端缠绕在绞车上，钢丝绳的另一端穿过环型架的套管，连接挂载，支杆固定在钢丝绳的底端，气管一端连接挂载，气管的另一端连接增压泵；一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的装置及方法，还包括测量方法；本发明专利技术采用金属支撑边界制成“气囊”结构，避免了橡胶气囊在收放水听器、阵列的过程中因压力平衡差、胀裂等现象，并提出了近水面圆柱壳低频段的声学远场判据，为声学覆盖层的插入损失测量提供了技术支撑。

A device and method for measuring low frequency insertion loss of liner of liner near water surface

The invention provides a device and a method for measuring the low frequency insertion loss of a cylindrical shell backing cover layer near the water surface. The device comprises a winch, a wire rope, a ring frame, an air cushion, a support rod, a mounting, a gas pipe, a booster pump, an air cushion applied to the outer surface of the cylindrical shell, a ring frame placed on the outer surface of the air cushion, and a end of the wire rope wound on the winch. The other end of the wire rope passes through the casing of the ring frame, and is connected with the mounting, the support rod is fixed at the bottom of the wire rope, the one end of the gas pipe is connected with the mounting, and the other end of the gas pipe is connected with the booster pump; a device and a method for measuring the low-frequency insertion loss of the cylindrical shell backing cover near the water surface, and a measuring method are also included; the invention adopts the metal. The support boundary is made into a \balloon\ structure, which avoids the phenomena of pressure balance difference and expansion crack of rubber balloon in the process of retracting and discharging hydrophones and arrays. The acoustic far-field criterion of cylindrical shell near the water surface in low frequency band is proposed, which provides technical support for the measurement of insertion loss of acoustic coating.

【技术实现步骤摘要】
一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的装置及方法
本专利技术涉及一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的装置及方法，属于声学测量领域。
技术介绍
目前，在评价低频段声学覆盖层的声学性能，特别是插入损失时，一般将声学覆盖层粘贴在单层圆柱壳或双层圆柱壳的外表面，利用水听器组成一个垂直阵，通过旋转圆柱壳，使得垂直阵相对圆柱壳扫描形成一个柱形包络面，或者利用垂直阵直线扫描形成两个平行平面，采用均方声压法计算圆柱壳、以及圆柱壳贴敷声学覆盖层后的辐射声功率，通过对两者的辐射声功率进行对数运算得到插入损失(见谭学者，水下低频隔声特性理论与实验研究，哈尔滨工程大学硕士学位论文，2010年)。随着研究的深入，现在的圆柱壳模型越来越大，缩比率由原来的1:5变为1:3，以至成为1:1，圆柱壳的尺寸由长2m、直径1m，逐步演变成为长30m、直径5m，总质量由0.5t逐步变为100t。在这种条件下，旋转圆柱壳而形成相对的柱形包络面是几乎不可能的！加之垂直阵的尺寸和重量均随着测试频率的降低而增大，使得移动垂直阵非常费力，耗费时间太长。当圆柱壳的频率很低，特别是当圆柱壳的最大尺度仅为其辐射声波对应波长的二分之一时，此时圆柱壳辐射噪声的指向性(正横或垂直方向)近似为圆形，这使得利用均方声压法乘以球面面积得到的辐射声功率量级，与单点的辐射声压量级近乎相等。圆柱壳辐射噪声的这种特性表明：如果能够精确地测量某特定位置处一至两点的辐射声压级，则能够表征圆柱壳的辐射声功率级，进而能够计算声学覆盖层的插入损失。但是，在测量圆柱壳外某特定点处的辐射声压时，存在的最大问题就是如何实现水听器的精确定位。目前，要实现水听器测量特定点的辐射声压，主要有两种方法：一是将水听器捆绑在伸缩性极小的线绳上，做好距离标记，一端挂配重，利用重力作用拉直水听器实现测量；二是将水听器捆绑在各种杆(例如钢杆、铝杆、塑料杆等)上来实现测量。第一种方法存在的问题是：首先，线绳上的距离标记是在空气中完成的，当线绳入水后，伸缩性会发生变化，使得深度标记发生偏差；其次，收放配重的过程中，若收放线绳与水听器电缆的操作不当，造成电缆用力，进而易拉裂、乃至拉断水听器的电缆线；第二种方法存在的问题是：捆绑水听器的各种杆与水听器的声接收部位太近，声波入射至杆产生的散射信号会影响水听器的接收声信号，而且当杆的尺寸太大时，同样存在杆易变形问题，造成定位误差。在“水面战斗舰艇系泊和航行试验规程：水下辐射噪声测量(GJB350.11-87)”和“声学：水下噪声测量(GB/T5265-2009)”中，只规定了水听器与舰艇之间的距离，并未给出水听器在水下定位的方法。因此，目前还未有较好的近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的测量装置及测量方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的装置及方法。本专利技术的目的是这样实现的：包括绞车、钢丝绳、环型架、支杆、挂载、增压泵、圆柱壳、水听器，环型架设置在圆柱壳外且在二者之间还设置有气垫，所述环型架的圆形横截面与圆柱壳的圆形横截面垂直，钢丝绳的一端缠绕在绞车上、另一端穿过环型架与挂在连接，所述钢丝绳下段外设置有支杆，在支杆外表面设置有水听器，挂载上的气孔通过气管与增压泵连接。本专利技术还包括这样一些结构特征：1.所述挂载由下至上依次包括前部、中部和后部，所述前部是实心半球，在实心半球的水平上端设置有由通孔构成的进流栅，进流栅的中心位置设置有圆洞，所述中部是圆柱形结构且圆柱形结构下端为开设通孔的实心倒圆锥结构，在实心倒圆锥结构的水平端设置有整流栅，所述实心倒圆锥结构内设置有活塞，且活塞是由上至下依次连接的圆柱、倒圆台、圆锥和半球构成的“不倒翁”结构，在活塞的圆锥部分的外表面与实心倒圆锥接触的内表面之间设置有密封圈，所述后部是空心的倒圆锥结构，且在空心的倒圆锥结构的表面上设置有流道，挂载上的气孔设置在空心的倒圆锥结构上。2.所述环型架包括相互连接的环型架上部和环型架下部，且环型架下部的外侧设置有圆管，所述钢丝绳穿过环型架是指穿过所述圆管。3.所述气垫是由内袋和外袋组成的填充气袋，其位置设置在环型架上部与圆柱壳之间。4.一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的方法，包括任意一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的装置，步骤如下：第一步：以环型架中心作为圆柱壳的“等效”声中心，将水听器放置于测试频率所对应的1/2倍波长距离处；第二步，以一定的间隔L1、L2、L3，…让水听器远离圆柱壳，并记录此时水听器的声压信号P1、P2、P3，…，按照球面波的扩展规律，考察声压随距离的变化是否满足1/r定律，其中，r为距离；第三步，若声压随距离的变化满足1/r定律，则将水听器放置于测试频率所对应的1/2倍波长距离处，记录此时圆柱壳的辐射声压Pc；第四步，继续测试声学覆盖层贴敷在圆柱壳表面的辐射声压Pv，则声学覆盖层的插入损失为：TL＝-20lg(Pv/Pc)第五步，若声压随距离的变化不满足1/r定律，则需将水听器放置于测试频率对应的1倍波长距离处，重复上述过程。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的测量装置的优点在于：首先，采用钢丝绳作为测试过程中移动水听器的工具，延展性极小，但强度大，钢丝绳的直径小，则对低频声波的散射能力弱，由此产生的散射声波对水听器声信号的干扰可以忽略；其次，采用“气囊”结构实现挂载的上浮和下沉，可大大减小拉力负担，避免以往在收放配重的过程中导致的水听器电缆拉裂、水听器头部折断等现象，该“气囊”以金属材质作为支撑边界，能够避免常规方法中所采用的橡胶气囊因上浮过程中内外压力差的变化所导致的橡胶膜胀裂现象；再次，挂载的前部为半球，在吊放过程中，能够很好地增加阻力，挂载后部外表面的流道能够对挂载下落过程中产生的流动进行整流，减少紊流的产生，以避免紊流所造成水听器的电缆线缠绕、打结；最后，采用环型架和气垫作为悬挂水听器的支撑结构，虽然会给圆柱壳带来一定的额外质量负载，但是由于圆柱壳的质量远远大于环型架的质量，其质量负载效应可以忽略；此外，在试验测试中，圆柱壳辐射噪声的产生一般采用间谐力激励，环型架与圆柱壳之间的气垫，作为一种良好的隔振介质，使得圆柱壳表面的振动不会传递至环型架，因此，很好隔离了圆柱壳的激励响应对环型架、钢丝绳、支杆和水听器的影响，这为近水面圆柱壳的减振设计提供了一种思路。本专利技术的测量方法提出了近水面圆柱壳辐射噪声的远场判据，当圆柱壳近水面放置时，受到界面反射的影响，组成了一个偶极子声源，偶极子声源在近场的辐射声压随距离按照反平方率进行衰减；只有到了远场，才按照距离的负一次方定律衰减；本专利技术给出的定义如下：若圆柱壳的辐射声压在1/2倍波长处满足球面波扩展规律，则采用1/2倍波长作为远场条件；若1/2倍波长处辐射声压不满足球面波扩展规律，则采用1倍波长作为远场条件。附图说明图1是一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层插入损失的装置整体框图；图2是一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层插入损失的装置的剖面图；图3是挂载结构示意图；图4是一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层插入损失的方法流程图；其中：1为绞车、2为钢丝绳、3为环型架、31为环型架上部、32为环型架下部、33为圆管、34为法兰、35为法兰、36为螺栓、37为螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的装置，其特征在于：包括绞车、钢丝绳、环型架、支杆、挂载、增压泵、圆柱壳、水听器，环型架设置在圆柱壳外且在二者之间还设置有气垫，所述环型架的圆形横截面与圆柱壳的圆形横截面垂直，钢丝绳的一端缠绕在绞车上、另一端穿过环型架与挂在连接，所述钢丝绳下段外设置有支杆，在支杆外表面设置有水听器，挂载上的气孔通过气管与增压泵连接。

【技术特征摘要】
1.一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的装置，其特征在于：包括绞车、钢丝绳、环型架、支杆、挂载、增压泵、圆柱壳、水听器，环型架设置在圆柱壳外且在二者之间还设置有气垫，所述环型架的圆形横截面与圆柱壳的圆形横截面垂直，钢丝绳的一端缠绕在绞车上、另一端穿过环型架与挂在连接，所述钢丝绳下段外设置有支杆，在支杆外表面设置有水听器，挂载上的气孔通过气管与增压泵连接。2.根据权利要求1所述的一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的装置，其特征在于：所述挂载由下至上依次包括前部、中部和后部，所述前部是实心半球，在实心半球的水平上端设置有由通孔构成的进流栅，进流栅的中心位置设置有圆洞，所述中部是圆柱形结构且圆柱形结构下端为开设通孔的实心倒圆锥结构，在实心倒圆锥结构的水平端设置有整流栅，所述实心倒圆锥结构内设置有活塞，且活塞是由上至下依次连接的圆柱、倒圆台、圆锥和半球构成的“不倒翁”结构，在活塞的圆锥部分的外表面与实心倒圆锥接触的内表面之间设置有密封圈，所述后部是空心的倒圆锥结构，且在空心的倒圆锥结构的表面上设置有流道，挂载上的气孔设置在空心的倒圆锥结构上。3.根据权利要求1或2所述的一种测量近水面圆柱壳背衬覆盖层低频插入损失的装置，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘永伟，李亚林，姜虹旭，商德江，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23