【摘要】：輻射阻抗是影響聲源輻射聲功率的重要因素,研究封閉空間中聲源輻射阻抗特性,對測量水下聲源低頻輻射聲功率以及拓展非消聲水池低頻應(yīng)用范圍有實(shí)際意義。本文通過研究封閉空間聲場邊界對聲源輻射阻抗特性的影響機(jī)理,進(jìn)而掌握封閉空間中聲源輻射阻抗與輻射聲功率的內(nèi)在聯(lián)系,探究聲源輻射阻抗變化與輻射聲功率的關(guān)系。本文首先建立了封閉空間中水下聲源輻射阻抗的數(shù)值計(jì)算模型,通過仿真分析,研究了封閉空間聲學(xué)環(huán)境若干要素對聲源輻射阻抗的影響規(guī)律,并分析了聲源輻射阻抗變化對輻射聲功率的影響,最后開展了水下聲源輻射阻抗的混響水槽測量實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了部分仿真結(jié)果。研究表明:封閉空間中脈動球源Actran仿真方法和圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源Comsol建模方法計(jì)算結(jié)果與相對應(yīng)的解析解相同,數(shù)值建模方法正確可行。改變封閉空間聲學(xué)環(huán)境,脈動球源輻射阻抗在聲模態(tài)頻率處數(shù)值變化明顯,輻射阻改變導(dǎo)致封閉空間脈動球源輻射聲功率變化。封閉空間中圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源輻射阻與聲場均方聲壓級峰值不是一一對應(yīng),與面平均速度有關(guān)。在絕對軟邊界封閉空間中,除個別頻率外,低頻段內(nèi)兩個不同尺度封閉空間中心處或在封閉空間兩個對稱位置的圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源輻射阻比值近似為1,封閉空間中圓柱殼結(jié)構(gòu)源輻射聲功率比值等于面平均速度平方的比值,特別的,在面平均速度相同的頻段內(nèi),兩個不同尺度封閉空間中心處或封閉空間中兩個對稱位置的圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源輻射聲功率相同。分別在消聲水池和不同混響水槽中開展了圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源輻射阻的實(shí)驗(yàn)測量研究,比較了混響水槽邊界特性以及不同發(fā)射位置對圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源輻射阻的影響,并給出了混響水槽中測量圓柱殼結(jié)構(gòu)聲源低頻輻射聲功率的適用條件。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U661.44
【圖文】：

第 2 章 輻射阻抗理論基礎(chǔ)第 2 章 輻射阻抗理論基礎(chǔ)本章通過電聲類比將水聲換能器等效為集中參數(shù)系統(tǒng)，從電路的角度分析輻射阻抗在聲場中的作用；針對輻射面振速均勻分布的聲源，以聲場對聲源的反作用力與振速的比值定義此類聲源的輻射阻抗；通過電功率類比聲功率來給出輻射面振速分布不均勻聲源自由場和封閉空間中輻射阻抗的計(jì)算方法。2.1 水聲換能器阻抗和導(dǎo)納基礎(chǔ)水聲換能器的阻抗或?qū)Ъ{是可以直接測量的基本電聲參數(shù)，對于一個換能器而言換能器本身可以通過機(jī)電類比等效為相應(yīng)的電路，當(dāng)頻率和振速指定時，又能等效為一個集中參數(shù)系統(tǒng)。在換能器處于發(fā)射狀態(tài)時，可以等效為圖 2.1 所示。

圖 2.2 壓電換能器等效電路由圖 2.2 可知，壓電換能器的靜態(tài)電阻抗和動態(tài)電阻抗相互并聯(lián)，采用導(dǎo)納的形式來描敘更合適，令靜態(tài)電導(dǎo)納為 Y0，動態(tài)電導(dǎo)納為 Yd，則0 0 0 001Y G jB j CR= + = + ω (2-21d d ddY G jBZ= + = (2-3其中( )( ) ( )2221m Rdm R m smR RGR R M mC+= + + + ωω(2-4( )( ) ( )22211m smdM mCBR R M m + = + + + ωωω(2-5

( )( ) ( )20 02211m smt dm R m smM mCB B B CR R M mC + = + = + + + + ωωωωω別為總電導(dǎo)和總電納，在頻率為機(jī)械諧振頻率0ω 時，即( )0010m smM mCω+ =ω電導(dǎo)和總電導(dǎo)達(dá)到最大值，為( )( )02df fm RGR R==+ ，( )0201tf fm RGR R R== ++ 態(tài)電納和總電納為( )00df fB== ， ( )0t0 0f fB C== ω t~f 曲線和 Bt~f 曲線見圖 2.3。

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