双层圆柱壳体水下振动噪声结构传递路径分析

    有限长双层圆柱壳体结构是潜艇等各种航行器舱段的典型结构形式。这些航行器的结构噪声来源于内部机械激励壳体振动，并带动周围流体介质振动产生声辐射，它严重影响了水下航行器的整体声学性能［1］。为了提高水下航行器的声学性能，进行主要噪声源和噪声传播途径的识别、量化，针对性地控制结构振动与噪声的传递是极其必要的工作。

    结构振 － 声传递路径分析( Transfer Path AnalysisTPA) 是辨识主要激励源和相应传递路径的重要方法，该方法是一种基于试验的振动噪声分析方法，通过TPA 可以确定各路径传递的激励能量在总能量中的贡献，从传递路径的角度找出对辐射噪声起主导作用的环节，通过控制这些环节，如使振源强度，路径声学灵敏度等参数在合理的范围内，以使水下声辐射控制在预定目标值内［2］。TPA 方法在国内外的汽车设计领域已有较为成熟的应用［3 －4］，然而水下结构的振 － 声TPA 的报道却非常少见，特别对于水下双层加肋圆柱壳体模型。由于该类水下结构具有较强的流固耦合特性，振 － 声传递特性十分复杂，试验难度大，使得水下结构 TPA 实施难度加剧。本文针对水下双层圆柱壳体的特点建立了振 － 声 TPA 模型，结合典型激励下双层圆柱壳体舱段模型的水下振动 － 声辐射试验，实现噪声源和噪声传递路径的识别、量化，进而指导结构的声学化、预报和采取针对性的减振降噪措施，具有重要的工程意义。

    1 传递路径分析的基本原理

    1. 1 传递路径分析方法

    结构振 － 声传递路径为机械设备产生振动激励，通过基座的衰减或放大作用，传递到艇体联节点上并表现为力激励，此力再通过艇体传递到各处使得壳体振动从而辐射出噪声。对于某一激励源，如果已知某一路径上的传递函数和工作载荷，该路径对目标位置噪声的贡献量可表示为:

Pi，stru( f) = Hi'( f) Fi( f) ( 1)

    式中，Hi' ( f ) 是传递函数，Fi( f) 为激励力的频谱。Pi，stru( f) 为目标点响应，可以是声压或加速度等，此处选择声压。如果有 n 条路径，总响应可以是各路径分量的线性叠加:

Pi，stru( f) =∑ni = 1H'( f) Fi'( f) ( 2)

    传递路径分析( TPA) 必须先获得结构噪声各传递路径的传递函数及其工作载荷，工作力的获取方法主要有: 直接测量法，复刚度法，矩阵求逆法和驱动点频响函数法等［2］数的方法主要有直接测量法和基于互易性原理的测量方法［3］，本文采用逆矩阵法来求解激励载荷，传递函数为频率响应函数，由直接测量法获得。