敷设空腔尖劈的声呐平台声学特性研究

双层壳体目标敷设声学覆盖层低频散射特性研究作者：张建民安俊英来源：《声学与电子工程》2022年第01期摘要对于敷设均匀粘弹性覆盖层双层壳体的低频声散射数值仿真，有限元方程中壳体有限单元不再适用。

为此，文章对于目标壳体的振动，通过在壳体表面进行三角形网格划分，然后沿壳体法线方向映射，从而建立表征壳体振动的扁平化三棱柱有限单元。

通过对双层球壳敷设覆盖层后的目标强度仿真计算，验证了该方法的有效性。

文中还对双层球冠柱壳结构敷设覆盖层前后的散射特性进行了仿真计算，结果表明不同的敷设方式会产生不同的消声效果，其中内外壳均敷设时可以在更宽的频带内达到较好的消声效果。

关键词双层壳体；声学覆盖层；声散射；谐振；三棱柱单元水下航行目标一般是具有复杂结构的弹性壳体，其低频声散射包含丰富的回波结构，在谐振频率点处还可能激发谐振散射。

敷设声学覆盖层是实现声隐身的主要措施之一，可以降低被声呐探测到的概率。

对于敷设结构覆盖层目标的散射特性仿真计算，目前研究主要集中在无限大平板上敷设周期结构覆盖层的吸声性能。

周期空腔结构的覆盖层设计研究1-61目前取得了较大进展，其中研究内容涉及空腔结构的形状、分布以及填充比例等对吸声特性的影响。

对于复杂壳体目标敷设结构声学覆盖层的低频声散射仿真，通常做法是首先将结构声学覆盖层等效为均匀粘弹性层，然后再对敷设等效均匀粘弹性层壳体目标的声散射进行仿真计算。

将结构覆盖层等效为均匀介质的研究也比较多，其中包括参数匹配法、模拟退火算法、遗传算法等。

对于水下复杂目标低频声散射特性的仿真计算，有限元与边界元耦合的方法18-101是已经比较成熟的理论，此理论方法能够成功运用的关键在于是否能够根据具体的物理问题，建立合适的有限元方程。

在此基础上，孙阳等应用轴对称有限元方程研究了部分充水有隔板弹性球壳的声散射特性；笔者于2017年采用壳体有限元耦合边界元理论模型2，并结合并行计算技术研究了Benchmark 模型的低频声散射特性。

专利名称：一种带金属骨架的空腔吸声尖劈复合体专利类型：实用新型专利
发明人：杨东凯,董丹,王丽君,章丽丽,原慜,黄文雪,杨凯申请号：CN201721270658.X
申请日：20170929
公开号：CN207250135U
公开日：
20180417
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种带金属骨架的空腔吸声尖劈复合体，属于水体环境吸声尖劈技术领域。

该尖劈复合体包括吸声底板，吸声尖劈和n个金属骨架；吸声尖劈固定连接在吸声底板的上方；吸声尖劈包括基部和尖部；尖部由n个圆锥形的尖部单元构成；尖部单元阵列排布在基部的上表面、且尖端向上；每个尖部单元的内部设有圆台形空腔；圆台形空腔的底部延伸至基部的底部，且圆台形空腔的顶端口径缩小，并沿圆台形空腔的中心轴向尖部单元的尖端延伸有长条形空腔；每个尖部单元的壁体内部或由每个尖部单元与基部围成的壁体内部都嵌有一个金属骨架。

本实用新型兼具一定的结构强度和优良的吸声效果。

本实用新型适用于水下环境，如消声水池、舰艇的水声平台区域等。

申请人：哈尔滨工程大学船舶装备科技有限公司
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南通大街258号船舶大厦1604
国籍：CN
代理机构：哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司
代理人：邓宇
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吸声尖劈对板柱组合结构水下声学特性影响的试验研究庞福振;姚熊亮;贾地;于丹竹【摘要】为考察吸声尖劈对船舶声纳平台水下声学环境的影响,开展了吸声尖劈对板柱组合结构水下声学特性影响的模型试验研究.通过对板柱组合结构0%、36%、60%、100%敷设吸声尖劈材料,在声波以0°、90°、180°方向人射板柱组合结构时,研究了尖劈敷设方式、声波入射角度对板柱组合结构水下声场及散射声场的影响,得到了不同工况下板柱组合结构典型部位的声场分布.研究表明:吸声尖劈可明显改变板柱组合结构的声场分布,降低板柱组合结构的自噪声;但其抑制效果随考核位置、声波频率、敷设密度的不同而各有变化.%In order to study the influence of sound absorption wedge on the underwater sound environment of a ship sonar platform,the experiment investigation of sound absorption wedgeon the underwater acoustic characteristic within a Compound Plate & Cylindrical Shell Structure (CPCSS) is carried out. By supposing sound incident wave's entry angle is 0°,90°, 180°, respectively; while the arrangement density of sound absorption wedge is 0％, 36％, 60％, 100％, sound pressure distribution of hotspot points is obtained. Study showsthat sound absorption wedge can change pressure distribution of CPCSS, and reduce self-noise level of the CPCSS.However, the effect varies with hotspot location, with the frequency of incident wave, and with the arrangement density of sound absorption wedge.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2011(015)005【总页数】7页(P570-576)【关键词】吸声尖劈;声纳平台;板柱组合结构;水下声学特性;散射声场;试验研究【作者】庞福振;姚熊亮;贾地;于丹竹【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨,150001;中国人民解放军92857部队,北京,100007;哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】U666.7;TB564吸声尖劈作为一种吸声结构可有效降低舰船声纳平台的自噪声，目前已被广泛地应用于各类船舶中。

金属尖劈及其消声室深圳中雅机电实业有限公司方庆川2005年10月摘 要：用矿物纤维做尖劈和消声室已有50多年的历史，用泡沫材料做尖劈和消声室也有30多年，大家都比较熟悉。

由美国IAC公司和美国福特汽车公司共同研制的新型金属尖劈，在美欧日等发达国家应用10多年了，实例近千。

但是在我们国内，了解得不多。

本文简明介绍金属尖劈的各项性能和特点，特别是在空气质量、防火、寿命、外观、维护以及造价上的优势，以便我国的消声室建设者多一个选择。

关键词：金属尖劈；消声室；空气质量Metadyne TM Wedges and Metadyne TM Anechoic ChamberFang Qing Chuan（Shenzhen ZYME Industry Co., Ltd.）Abstract：Most acoustic engineers are very familiar to build an anechoic chamber with fiberglass or foam wedges. The Metadyne TM wedges, innovative joint design by IAC NY and Ford Motor Co., is the new wedges and is applied successful with over 10 years in the world wide. Compare to the traditional wedges, the Metadyne TM wedges is advantage in Fire rating, structural stability, cost, color choice, maintenance, life expectancy, hostile environments, climatic and air quality.Key Words：Metal Wedges；Anechoic Chamber；Air Quality1.引言消声室是声学试验的重要设施，在消声室内，除了可以测试分析声源的频率特性，声功率级以外，更是测试分析声源指向性的必要条件。

［收稿时间］2021-08-29［基金项目］海军工程大学教育科研资助项目。

［作者简介］孔晓鹏（1987—），男，山东人，博士，副教授，研究方向为声纳阵列信号处理。

［摘要］为培育研究生批判性思维，可将通识教育与专业教育有效融合，这是军校研究生理技融合培养目标实现的有效途径之一。

针对研究生批判性思维严重缺乏的问题，海军工程大学水声工程专业的声纳阵列信号处理课程采用轴翻转教学模式，以“能力—知识—应用—思维”为导向，以声纳装备技战术需求和现实不符为牵引，以高分辨、强稳健空时先进处理技术为主线，通过兴趣激发、使命学习等环节，进行渐进式教学内容规划、思维训练和面批考核，实现思维构建知识体系、智慧批判工程问题。

教学效果的调查问卷结果表明：轴翻转教学模式充分激发了研究生的学习兴趣和主动性，86%的研究生对声纳使用暴露出的问题进行了有效批判。

［关键词］轴翻转教学模式；批判性思维；使命学习［中图分类号］G643［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2023）04-0037-04February ，2023University Education随着大数据技术在各领域中的广泛应用，使用数据分析提供知识表达成为常态，这为传统的高等教育带来了严峻挑战。

一方面，传统学科之间深度融合、交叉汇聚，多领域知识需求增加；另一方面，知识获取方式更加广泛，学生自行获取的知识具有碎片化等特点。

斯坦福大学认为，在信息化社会中，学生对知识的掌握程度不再被认为最重要，重要的是对知识的运用能力。

为此，该大学在未来规划中以学生对信息的解释、探寻、综合能力为培养目标，创造性地提出了轴翻转（Axis Flip ）教学模式，以实现知识与能力的翻转[1-2]。

教育的价值不是多记知识，而是训练大脑的思维[3]。

轴翻转教学模式的实现关键在于批判性思维的塑造，这也是中国高等教育，特别是研究生教育中常常被忽视的教学目标。

耶鲁大学校长曾指出，中国高校教育在跨学科的广度和批判性思维的培养方面与世界著名学校存在较大差距[4-5]。

空腔尖劈结构吸声性能的实验研究孙明;李炜伟;包岩;姚熊亮【摘要】对尖劈结构的吸声性能进行了实验测试,进而研究了含空腔尖劈吸声结构的吸声性能.根据变截面波导理论建立的吸声系数方程,计算了尖劈结构的吸声系数,讨论了尖劈结构吸声性能随频率、静水压力及空腔结构的变化规律,并将计算值与实验值进行了对比.研究结果表明:随着静水压力的增大,尖劈结构吸声系数曲线的形状基本不变,但其数值有所下降;同种材料不同空腔类型尖劈结构的吸声性能差别较大,在低频段尤为明显,而对于同种腔型尖劈结构,其吸声性能则主要由空腔尺寸决定;对于含空腔尖劈吸声结构,增大空腔尺寸可以使尖劈空腔共振加强而提高其低频吸声效果,但空腔尺寸过大反而会影响尖劈结构的整体吸声效果,这对水下尖劈吸声结构的设计及其在实艇减振降噪中的应用具有一定的参考意义.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2010(005)005【总页数】7页(P27-33)【关键词】空腔尖劈;实验测试;静水压力;空腔结构;吸声性能【作者】孙明;李炜伟;包岩;姚熊亮【作者单位】大连船舶重工集团有限公司船舶研究所,辽宁,大连,116001;大连船舶重工集团有限公司船舶研究所,辽宁,大连,116001;大连船舶重工集团有限公司船舶研究所,辽宁,大连,116001;哈尔滨工程大学,船舶工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】U661.43在水下结构表面敷设水声材料是应用最广泛也是非常有效的一种提高水下航行器隐身性能的方法［1］。

空腔尖劈吸声结构具有阻抗逐渐过渡的性质，在较低频率下具有优良的吸声性能，将其敷设于艇体声呐平台区的后壁板以及将声呐平台区和上层建筑艏部分开的水平平台，可以有效降低声呐平台区自噪声，具有较强的工程应用价值。

对尖劈吸声结构声场的理论研究有相当长的历史［2-3］，然而由于其截面的不规则性和吸声性能影响因素的复杂性等原因，用严格的波动理论很难给出精确解，而只能做近似计算，因此至今还没有建立严格的声场理论。

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 国外消声瓦的研究与应用进展国外消声瓦的研究与应用进展现代战场上的主要矛盾已经从打击和抗打击逐步向发现和抗发现转化。

消声瓦技术是提高潜艇隐身性能,提高其战斗力和生存能力的最有效措施之一。

高性能的消声瓦不仅具有优良的吸声性能,而且具备优良的隔声性能和抑振性能,也就是说,使用消声瓦不仅能吸收敌方声纳的探测声波,也能最大限度地隔离本艇的辐射声波。

高性能的消声瓦还可用于声纳舱的非窗口舱壁,作为吸声障板,消除回波干扰和艇的辐射噪声干扰,提高声纳的探测性能。

因此对于新型消声瓦的研究,开发拥有自主知识产权、性能优越的消声瓦是提高我军潜艇战斗力和生存能力的关键。

1消声瓦技术的研究和应用情况 1.1美国消声瓦技术的研究和应用情况潜艇的声学特征控制技术是一门综合应用技术。

声隐身涂层具有阻尼作用、隔声作用、消声作用,声隐身涂层材料有隔声材料、消声材料、聚氨酯声隐身涂层。

消声瓦利用空腔将声转化为热能而被消耗,是一种较为成熟的防声纳探测涂料;但同时其施工方法、厚度、重量等缺陷,大大限制了它的应用范围,其发展趋势是采用施工简单、涂膜较薄的吸声涂料来解决。

如英、美采用 30 mm~40 mm 聚氨酯发泡材料加多孔材料制作吸1 / 11声涂料,吸声率可达 70% ~90%。

美国潜艇的噪声水平一直比较低, 30 多年来,噪声下降了 40 dB 左右。

如洛杉矶级核潜艇的噪声已降到 128 dB,俄亥俄级核潜艇和海狼级攻击核潜艇的噪声则降到了 120 dB 以下。

美、英、法、日等国在潜艇消声瓦技术上也处于世界前列。

美国在新建的洛杉矶级攻击型核潜艇、 SSN-21 海浪级攻击型核潜艇以及俄亥俄级弹道导弹核潜艇上全部安装了消声瓦,所用材料为丁基橡胶类。

曲面和复合吸声尖劈的提出与初步测试张伟;刘德军;贺译贤;彭力【摘要】基于金属尖劈,提出新的曲面尖劈与复合尖劈,吸声测试的数据表明效果良好.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2018(042)003【总页数】4页(P32-35)【关键词】金属尖劈;曲面尖劈;复合尖劈;吸声测试【作者】张伟;刘德军;贺译贤;彭力【作者单位】天津航天瑞莱科技有限公司,天津 300457;天津航天瑞莱科技有限公司,天津 300457;天津航天瑞莱科技有限公司,天津 300457;天津航天瑞莱科技有限公司,天津 300457【正文语种】中文【中图分类】TU112.51 引言消声室是声学试验使用的基础试验室，用于对产品进行噪声测量和声学性能分析。

很多工业领域中要用到消声室，如电子、通讯、家电、汽车、航空、铁路行业等。

作为消声室的核心部件——吸声尖劈，备受关注。

尖劈作为当前有效频段最宽、吸声效能最高的声学结构，一直在被众多学者不断的优化改进，以满足更多的技术要求。

当前，采用金属穿孔板作为护面的金属尖劈，由于具有更多优良的使用性能、外观品质与环保性能[1]，已成为国内外主流的高效吸声产品。

本文首先简要分析讨论几种金属尖劈的驻波比法吸声测试数据，然后对金属尖劈提出创新性的优化改进，即曲面尖劈与复合尖劈，并得到良好的测试结果。

2 内容吸声尖劈的吸声性能与尖劈尺寸(如图1，L、L1、L2、W)、填充材料、空腔深度D等因素有关，限于篇幅，本文只讨论几个重要因素。

以设计截止频率100 Hz为例，取L2=100 mm、D=100 mm不变，填充材料均为同一品牌环保吸声棉，做金属尖劈样品进行测试。

图1 尖劈结构示意2.1 填料密度影响取W=200 mm的三个相同尺寸样品，填充的吸声棉密度分别是24 kg/m3、32 kg/m3、40 kg/m3，得到表1的吸声系数。

表1 吸声系数频率/Hz506380100125160200250密度为24kg/m30.5550.6020.7350.8690.9490.9690.9800.993密度为32kg/m30.4920.6950.8650.9690.9870.9910.9980.998密度为40kg/m30.5170.6320.7980.9250.9690.9840.9900.993可见，对于该种吸声材料，密度为32 kg/m3时的尖劈吸声性能较好，如无特别说明下文均采用此密度的吸声棉。

第三节材料的声学特性声波人射到物体上，会发生反射、吸收和透射。

材料的声学特性与入射声波的频率和角度有关。

所以说到材料和结构的声学特性时，总是和一定的频率与一定的人射情况相对应。

一、吸声材料和吸声构造材料的吸声能力常用吸声系数表示。

某一种材料及其构造对不同频率的声波有不同的吸声系数。

工程上通常采用125，250，500，1K，2K，4KHz六个倍频程的吸声系数来表示某一种材料或构造的吸声频率特性。

250，500，1K，2KHz四个倍频程的吸声系数的算术平均值又称为降噪系数(取0．05的整数倍)。

工程上使用的材料吸声系数多用混响室法来测量。

它通过测试混响室内铺设吸声材料前后的混响时间的变化，从而计算出材料的吸声系数。

某构件的实际吸声效果用吸声量A来表征，它和构件的尺寸大小有关：A=S·α(3-24)式中A——构件的吸声量，m2；S——构件的面积，m2；α——构件的吸声系数。

(一)多孔吸声材料玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉等无机材料，以及棉、毛、麻、木质纤维等有机材料属多孔吸声材料。

1．吸声机理及吸声频率特性多孔材料具有大量内外连通的微小空隙和孔洞，当声波入射其中时，引起空隙中空气的振动。

由于空气的黏滞阻力，空气与孔壁的摩擦和热传导作用，使声能转化为热能而损耗掉。

那种以为粗糙表面（如水泥拉毛）吸声好的概念是错误的。

具有大量微孔，但微孔之间相互封闭、不连通的材料，如泡沫塑料，吸声性能也不佳。

吸声频率：多孔吸声材料一般对中、高频声波具有良好的吸声能力。

2．影响多孔材料吸声性能的因素(1)空气流阻空气流阻反映了空气质点通过材料空隙时的阻力。

对于特定的多孔材料，存在最佳流阻。

(2)孔隙率孔隙率是指材料中连通的空隙体积和材料总体积之比。

多孔材料的孔隙率一般在70％以上，多数达90％左右。

对于一定厚度的多孔材料，存在最佳孔隙率。

(3)厚度增加多孔材料的厚度，可以增加对低频声的吸收，但对高频声的吸声性能影响则较小。

基于ABAQUS 吸声尖劈模型抑振效果仿真分析郑律,从刚（哈尔滨工程大学 船舶工程学院 哈尔滨 150001）摘 要：本文基于有限元方法开展了吸声尖劈模型对声纳平台的抑振效果的影响研究.通过有限元模型的数值仿真计算表明：敷设吸声尖劈后声纳平台表面振动速度幅值在多数频点处有较大下降，但在某些频点处其振动响应则在增大；同时，声纳平台典型部位的振动响应随考核部位的不同而各有不同；对比敷设尖劈前后典型部位的振速可以看出敷设吸声尖劈后，声纳平台的振动明显降低；而对于整个声纳平台而言，吸声尖劈对于舷侧的抑振效果最为明显。

因此，总体上讲吸声尖劈的敷设，对于声纳平台的的振动起到了一定的抑制作用。

关键字：吸声尖劈；声纳平台；有限元；抑振中图分类号：TB53 文献标识码：A 文章编号：Simulative analysis of the vibration suppression effect of soundabsorption wedge base on ABAQUSLv Zheng, Shuai Lv, Gang Cong(Harbin Engineering University, Harbin, 150001, China)Abstract ：The paper made a research of the vibration suppression effect of sound absorption wedge on the impact of sonar platform based on the method of finite element. Through the numerical simulation of the finite element model showed that: while put the sound absorption wedge on the surface of sonar platform, the vibration velocity amplitude will have a significant reduction in the majority of frequency point, but in certain frequency vibration response increased; at the same time, the typical position of the sonar platform vibration response will vary with the different assessment typical site; Contrasting typical site vibration velocity before and after putting the sound absorption wedge on sonar platform, the conclusion can be seen that after putting the sound absorption wedge on sonar platform, the vibration velocity significantly reduced; But to the whole sonar platform, the sound absorption wedge had the most obvious effect on shipboard. Overall, the sound absorption wedge played a certain extent role on the vibration suppression of sonar platform.Keywords ：sound absorption wedge; sonar platform; finite element;0 引言1收稿日期：2012-02-25声纳平台自噪声一直是声纳设计及建造部门十分关注的问题。