本文關(guān)鍵詞：水下有限長(zhǎng)彈性圓柱殼振動(dòng)聲輻射有源控制

  更多相關(guān)文章： 有限長(zhǎng)圓柱殼 有源噪聲控制 結(jié)構(gòu)聲有源控制 振動(dòng)模態(tài) 聲輻射模態(tài) 誤差傳感策略

【摘要】：水下航行器航行時(shí)存在很多低頻強(qiáng)線譜噪聲,成為敵方水聲探測(cè)設(shè)備的捕捉特征,對(duì)水下航行器的安全和攻擊能力產(chǎn)生很大影響。水下航行器線譜噪聲與動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)特性緊密相關(guān),利用傳統(tǒng)的無(wú)源方式難以控制,可采用有源方式加以控制。本文將水下航行器簡(jiǎn)化為有限長(zhǎng)圓柱殼體結(jié)構(gòu),在分析其低頻聲-振特性的基礎(chǔ)上,開(kāi)展結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲輻射有源控制研究。本論文完成的主要工作有： (1)有限長(zhǎng)圓柱殼低頻聲振特性分析。以?xún)啥撕?jiǎn)支有限長(zhǎng)彈性圓柱殼為對(duì)象,基于Flugge薄殼理論建立了圓柱殼受激振動(dòng)的理論模型。研究了圓柱殼在不同流體中的低頻聲振特性,給出了有限長(zhǎng)圓柱殼聲輻射模態(tài)的計(jì)算方法,分析了低頻范圍內(nèi)不同流體中振動(dòng)模態(tài)和聲輻射模態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,確定了圓柱殼聲輻射中的主導(dǎo)聲輻射模態(tài),這對(duì)選擇結(jié)構(gòu)聲有源控制策略有很大幫助。 (2)研究了基于力源的水下有限長(zhǎng)圓柱殼輻射噪聲有源控制。在流固耦合作用下,推導(dǎo)了次級(jí)力最優(yōu)強(qiáng)度解析表達(dá)式。通過(guò)單個(gè)控制力與兩個(gè)控制力的控制效果對(duì)比研究,發(fā)現(xiàn)對(duì)于水下圓柱殼體結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲輻射,可以在殼體上放置激振器產(chǎn)生次級(jí)控制力,并通過(guò)優(yōu)化激振器的布放、控制力幅度和相位達(dá)到控制結(jié)構(gòu)聲輻射的目的。另外,可以通過(guò)控制低頻范圍內(nèi)主導(dǎo)聲輻射模態(tài)來(lái)降低水下殼體低頻振動(dòng)聲輻射。從控制前后總聲壓和各周向階數(shù)振動(dòng)模態(tài)的聲壓指向性來(lái)看,頻率相同時(shí)不同位置次級(jí)控制力的控制機(jī)理不同,因而控制效果也不盡相同。以圓柱殼總輻射聲功率最小為控制目標(biāo)時(shí),有源控制的機(jī)理在于降低與結(jié)構(gòu)模態(tài)對(duì)應(yīng)的主導(dǎo)聲輻射模態(tài)幅度,同時(shí)保證其它聲輻射模態(tài)的幅度不會(huì)有大的升高,從而有效控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生的聲輻射。 (3)研究了基于聲源的水下有限長(zhǎng)圓柱殼輻射噪聲有源控制。首先推導(dǎo)了兩段同軸共線有限長(zhǎng)彈性圓柱殼之間的互輻射阻抗計(jì)算公式,討論了互輻射阻抗對(duì)低頻聲輻射性能的影響。然后,考慮流固耦合效應(yīng)下,利用二次最優(yōu)理論,以輻射聲功率最小化為目標(biāo)函數(shù),得到次級(jí)環(huán)帶聲源的最優(yōu)強(qiáng)度；分析了次級(jí)環(huán)帶聲源與初級(jí)圓柱殼體間距以及次級(jí)激勵(lì)力位置對(duì)輻射聲功率控制效果的影響,并討論了控制前后遠(yuǎn)場(chǎng)輻射聲壓的空間分布。最后,采用局部控制,以若干點(diǎn)聲壓均方和最小化為目標(biāo)函數(shù),可以有效降低誤差傳感點(diǎn)處的聲壓,局部控制平均可以達(dá)到10dB左右的控制效果。 (4)建立了結(jié)構(gòu)聲輻射有源控制的近場(chǎng)及虛擬誤差傳感策略。采用離散點(diǎn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳感技術(shù)和虛擬傳感技術(shù),通過(guò)在結(jié)構(gòu)表面安裝加速度計(jì)或在近場(chǎng)布放水聽(tīng)器測(cè)量殼體振動(dòng)信號(hào)或近場(chǎng)聲壓信號(hào),然后建立傳感器傳遞函數(shù)來(lái)估計(jì)特定位置遠(yuǎn)場(chǎng)輻射聲壓,以估計(jì)的輻射聲壓最小化為控制目標(biāo),達(dá)到有源控制的目標(biāo)。結(jié)果表明由結(jié)構(gòu)表面或近場(chǎng)測(cè)量的振速或聲壓估計(jì)遠(yuǎn)場(chǎng)需要降噪?yún)^(qū)域的聲壓,通過(guò)有源控制,使得這些位置的聲壓最小,其控制效果與直接最小化遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓取得的效果相似。 (5)完成了水下有限長(zhǎng)圓柱殼結(jié)構(gòu)聲輻射有源控制實(shí)驗(yàn)研究。分別完成了次級(jí)力源和次級(jí)聲源兩種方法控制水下圓柱殼輻射噪聲的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了水下噪聲有源控制效果、自適應(yīng)有源控制器的穩(wěn)定性和算法的收斂性、初級(jí)噪聲頻域組成方式及頻率變化對(duì)控制效果的影響以及次級(jí)作動(dòng)器和誤差傳感器配置對(duì)控制效果的影響。
【關(guān)鍵詞】：有限長(zhǎng)圓柱殼 有源噪聲控制 結(jié)構(gòu)聲有源控制 振動(dòng)模態(tài) 聲輻射模態(tài) 誤差傳感策略
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：U674.941;TB535
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 符號(hào)說(shuō)明8-10
• 目錄10-13
• 第一章 緒論13-23
• 1.1 研究背景和意義13
• 1.2 結(jié)構(gòu)振動(dòng)聲輻射有源控制13-16
• 1.3 圓柱殼振動(dòng)聲輻射及有源控制16-21
• 1.3.1 圓柱殼的振動(dòng)聲輻射16-18
• 1.3.2 圓柱殼振動(dòng)聲輻射有源控制研究18-21
• 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容21-23
• 第二章 有限長(zhǎng)圓柱殼的低頻聲振模態(tài)特性分析23-47
• 2.1 有限長(zhǎng)圓柱殼的聲振特性23-32
• 2.1.1 圓柱殼振動(dòng)方程23-25
• 2.1.2 真空中有限長(zhǎng)圓柱殼的自由振動(dòng)25-26
• 2.1.3 流場(chǎng)中有限長(zhǎng)圓柱殼輻射聲的計(jì)算26-28
• 2.1.4 輻射阻抗28-29
• 2.1.5 有限長(zhǎng)彈性圓柱殼的聲振響應(yīng)29-32
• 2.2 有限長(zhǎng)圓柱殼低階振動(dòng)模態(tài)聲輻射特性32-36
• 2.2.1 不同流體中有限長(zhǎng)圓柱殼低頻振動(dòng)模態(tài)分析32-34
• 2.2.2 不同尺寸中各周向階數(shù)的振動(dòng)模態(tài)對(duì)輻射聲功率的貢獻(xiàn)34-36
• 2.3 有限長(zhǎng)圓柱殼的聲輻射模態(tài)36-46
• 2.3.1 聲輻射模態(tài)理論36-40
• 2.3.2 空氣中圓柱殼振動(dòng)模態(tài)與輻射模態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系40-43
• 2.3.3 水下圓柱殼振動(dòng)模態(tài)與輻射模態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系43-46
• 2.4 本章小結(jié)46-47
• 第三章 有限長(zhǎng)彈性圓柱殼輻射噪聲的有源力控制47-65
• 3.1 水下有限長(zhǎng)圓柱殼結(jié)構(gòu)聲的有源控制47-55
• 3.1.1 水下航行器有源力控制模型47
• 3.1.2 次級(jí)力源最優(yōu)強(qiáng)度47-49
• 3.1.3 次級(jí)力源位置和數(shù)目對(duì)控制效果的影響49-53
• 3.1.4 基于主導(dǎo)輻射模態(tài)的水下圓柱殼有源控制53-55
• 3.2 有源控制前后的聲場(chǎng)特性55-60
• 3.3 利用模態(tài)方法分析有源力控制機(jī)理60-64
• 3.3.1 不同激勵(lì)力頻率處的模態(tài)幅度變化60-62
• 3.3.2 不同位置次級(jí)力控制時(shí)的模態(tài)幅度變化62-64
• 3.4 本章小結(jié)64-65
• 第四章 有限長(zhǎng)彈性圓柱殼輻射噪聲的有源聲控制65-85
• 4.1 有限長(zhǎng)彈性圓柱殼間互輻射阻抗的計(jì)算65-71
• 4.1.1 兩段彈性圓柱殼間互輻射阻抗66-68
• 4.1.2 不同速度分布下的互輻射阻抗68-71
• 4.2 全局控制71-79
• 4.2.1 次級(jí)聲源最優(yōu)激勵(lì)強(qiáng)度72-75
• 4.2.2 次級(jí)聲源布放和激勵(lì)位置對(duì)控制效果影響75-77
• 4.2.3 遠(yuǎn)場(chǎng)輻射聲壓分布77-79
• 4.3 局部有源控制79-83
• 4.3.1 局部控制理論80-81
• 4.3.2 控制前后的聲壓變化81-83
• 4.4 本章小結(jié)83-85
• 第五章 有限長(zhǎng)圓柱殼結(jié)構(gòu)聲輻射有源控制誤差傳感策略85-107
• 5.1 基于聲壓估計(jì)的離散點(diǎn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳感策略85-87
• 5.1.1 離散點(diǎn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳感策略85-86
• 5.1.2 水中離散點(diǎn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳感器布放86-87
• 5.2 虛擬誤差傳感策略87-104
• 5.2.1 基于單極子聲源的自由聲場(chǎng)有源控制88-96
• 5.2.2 基于等效聲源的水下航行器有源控制虛擬傳感策略96-100
• 5.2.3 基于虛擬誤差傳感的水下圓柱殼結(jié)構(gòu)聲輻射局部有源控制100-104
• 5.3 本章小結(jié)104-107
• 第六章 水下有限長(zhǎng)圓柱殼有源降嗓實(shí)驗(yàn)研究107-123
• 6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)系統(tǒng)107-110
• 6.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>107
• 6.1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成107-109
• 6.1.3 主要實(shí)驗(yàn)儀器及用途109-110
• 6.2 控制算法及分析110-111
• 6.3 次級(jí)力源作用時(shí)的有源控制實(shí)驗(yàn)研究111-117
• 6.3.1 單通道有源力控制效果111-115
• 6.3.2 雙通道有源力控制效果115-117
• 6.4 次級(jí)聲源作用時(shí)的有源控制實(shí)驗(yàn)研究117-121
• 6.4.1 單通道有源聲控制效果117-119
• 6.4.2 雙通道有源聲控制效果119-121
• 6.5 本章小結(jié)121-123
• 第七章 全文總結(jié)123-127
• 7.1 論文主要工作總結(jié)123-124
• 7.2 論文主要貢獻(xiàn)及創(chuàng)新點(diǎn)124
• 7.3 今后工作展望124-127
• 參考文獻(xiàn)127-139
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況139-141
• 一、發(fā)表論文139-140
• 二、參加科研項(xiàng)目140-141
• 致謝141-142

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：528309