水下运载器推进电机辐射噪声测量方法研究

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海洋噪声污染严重威胁着海洋生物的生存环境。为了降低人为海洋噪声污染的危害,需要对船舶等水下复杂声源辐射噪声进行测量评估,给出水下目标的噪声特性,评估其结构设计上是否合理,为减振降噪提供依据。而水下运载器结构简单,没有减振装置,其电机噪声可以直接通过壳体辐射出去,是我们理想的研究对象。并且现有的水下运载器制造厂商通常只重提升设备性能而忽略其辐射噪声的危害,而随着人们环境保护意识的增强,如何降低水下运载器的辐射噪声也将成为重要的研究方向。以水下运载器为代表的水下复杂声源辐射噪声的测量也是世界公认的难题。众所周知,海洋中自然背景噪声高,加之多途效应和海底海面的不规则反射使得在浅海环境下准确测量各种复杂声源辐射噪声的难度很大。而文中采用混响法在非消声水池中测量辐射噪声以前并不被人所熟知,是因为之前的学者们普遍认为在非消声水池中无法形成理想的混响场,现在通过计算尤其是实验验证之后,发现在非消声水池中即使不满足理想混响场条件,通过混响法仍可以准确测量声源辐射声功率,混响法已经逐渐被利用到测量水下复杂声源辐射声功率的工作之中。本文首先从理论上推导出了非消声水池中水下复杂声源的混响法理论公式,得出了水下复杂声源在矩形非消声水池的混响控制区内,空间平均均方声压和声源辐射声功率之间的关系,同时分析了矩形非消声水池内各种典型声源的辐射声场,如点声源、指向性声源、复杂声源等。并在实验中测量了各典型声源的辐射声功率,通过对比我们发现,用混响法测得的各典型声源辐射声功率与自由场测得的结果之间相差不超过1dB。其次,研究了空间平均的作用,通过对比不进行空间平均,多次平均,直至384次平均等条件下的测量结果,我们发现空间平均测量次数越多,测量结果与自由场的差别越小,得出了空间平均测量点数与测量精度之间的关系。最后,在矩形非消声水池中搭建了测量系统,用混响法测量了水下运载器推进电机的辐射声功率。通过测量表明,水下运载器推进电机辐射噪声比背景噪声大15dB以上,满足测量信噪比要求,不断加大水下运载器推进电机的输入电压,测量得到的辐射声功率线性增大。水下运载器推进电机的辐射噪声以电机的线谱噪声为主,采用混响法可以准确测量其辐射噪声。
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