發(fā)布時間：2018-11-06 15:40

【摘要】：聲納浮標(biāo)是航空反潛平臺普遍采用的聲學(xué)探測設(shè)備,其性能在很大程度上決定了航空探潛的效率和精度。矢量水聽器體積小、質(zhì)量輕、低頻性能優(yōu)異,與航空聲納浮標(biāo)相結(jié)合可以極大地提高航空探潛的作戰(zhàn)效率。由于聲納浮標(biāo)平臺和矢量水聽器的一般工作平臺不同,這種平臺差異對矢量水聽器的外形、結(jié)構(gòu)、懸掛方式等都提出了新的要求,因此本文針對航空聲納浮標(biāo)平臺與同振型矢量水聽器各自的特點(diǎn),研究一種適用于航空聲納浮標(biāo)平臺的矢量水聽器及其懸掛結(jié)構(gòu)。針對旋轉(zhuǎn)橢球形矢量水聽器缺少對應(yīng)的聲接收理論,本文分析了低頻平面波聲場中剛硬橢球體的聲致振動響應(yīng)。首先,利用結(jié)構(gòu)振動與聲輻射過程中結(jié)構(gòu)與流體的力學(xué)關(guān)系,得到了任意形狀剛硬體的聲致振動響應(yīng),然后推導(dǎo)了理想低頻聲場中橢球體的同振質(zhì)量,從而得到了橢球體聲致振動的平動和轉(zhuǎn)動響應(yīng)結(jié)果。同時,利用有限元仿真的方法分析了聲衍射效應(yīng)對長橢球體的聲致振動的影響。在聲波垂直入射條件下,長橢球體的振速幅值隨聲波頻率的升高而逐漸降低,并和離心率參數(shù)以及聲波入射角度有關(guān)。當(dāng)聲波傾斜入射到橢球體上時,不對稱的力引起的轉(zhuǎn)動振動隨著聲波頻率的升高以及橢球離心率的增大而增強(qiáng)。為驗(yàn)證同振型矢量水聽器在聲納浮標(biāo)平臺中應(yīng)用的可行性,本文研制了一只二維復(fù)合同振型矢量水聽器。該水聽器由一只聲壓水聽器,一只二維壓電加速度計(jì),一只雙軸磁羅經(jīng)傳感器,一塊信號調(diào)理電路板,以及一只由柱殼和扁橢球殼構(gòu)成的金屬密封外殼組成,整體尺寸為直徑80mm,高100mm,平均密度1.34g/cm3,設(shè)計(jì)工作頻帶5Hz～2500 Hz。其中,聲壓水聽器在水中的共振頻率為8 kHz,聲壓靈敏度-157 dB(0dB re 1 V/μPa,帶前放增益41.6 dB);壓電加速度計(jì)在空氣中的共振頻率為7.5 kHz,對應(yīng)聲壓靈敏度分別為-166dB和-167dB(0dBre1V/μPa,100 Hz,帶前放增益40dB);磁羅經(jīng)由磁阻傳感器HMC1022構(gòu)成,方位測量精度保持在1°范圍內(nèi);信號調(diào)理電路用來實(shí)現(xiàn)對傳感器輸出信號的放大和濾波。此外,論文還對矢量水聽器的自噪聲及流噪聲特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。同振型矢量水聽器的聲質(zhì)點(diǎn)振速接收原理,要求矢量水聽器必須配合柔性懸掛結(jié)構(gòu)才能正常工作。本文針對聲納浮標(biāo)平臺的特殊性,對矢量水聽器的懸掛方式進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。首先利用集中參數(shù)系統(tǒng)等效進(jìn)行機(jī)電類比分析,研究了懸掛結(jié)構(gòu)對加速度式矢量水聽器的接收響應(yīng)的影響;然后從理論上分析了使用不同數(shù)量柔性元件的懸掛結(jié)構(gòu)對中性浮力球體振速響應(yīng)的影響;接著利用單擺、復(fù)擺的運(yùn)動理論分析了矢量水聽器的單點(diǎn)懸掛模型,并且考慮了豎直懸掛、傾斜懸掛帶來的影響,分析結(jié)果從理論上驗(yàn)證了矢量水聽器采用單點(diǎn)懸掛的可行性。另外,為避免海面浮體的波動、海流沖擊電纜引起的抖動等機(jī)械運(yùn)動干擾耦合到矢量水聽器中,聲納浮標(biāo)平臺必須安裝減振結(jié)構(gòu),本文提出在矢量水聽器懸掛系統(tǒng)中采用多層隔振結(jié)構(gòu)以提高其抗干擾能力。首先從理論上分析了雙層柔性懸掛的隔振效果及其對矢量水聽器聲質(zhì)點(diǎn)振速接收的影響;然后通過振動臺實(shí)驗(yàn)證明了雙層懸掛結(jié)構(gòu)的隔振效果比單層懸掛結(jié)構(gòu)每倍頻程提高12 dB;最后在矢量水聽器單點(diǎn)懸掛的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了三層柔性懸掛結(jié)構(gòu),并通過水池實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了減振效果:對于豎直振蕩干擾,雙層懸掛結(jié)構(gòu)的減振效果相比單層懸掛提高了 8.9dB,三層懸掛結(jié)構(gòu)比單層懸掛提高了 16.5dB。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U666.7;TB565.1

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本文編號：2314706