舰船辐射噪声模拟产生技术方法综合研究

　　1 前 言

　　舰船在水中航行时,其螺旋桨、机械动力等振动与运转装置的工作以及船体与水的相互作用会形成水噪声、结构噪声和空气噪声,这些噪声在船结构中传播的同时又向水中辐射,形成水下辐射噪声。舰船水下辐射噪声是水下目标被动探测的信息源,是声纳和水下攻击武器进行被动目标探测定位和攻击的基础,长久以来得到了广泛的应用。

　　在20世纪80年代以前,人们通过单点噪声测量以及相干分析等方法认为:舰船水下辐射噪声是由不同类型的噪声源通过不同的传播途径传到输出处叠加而形成的,一般情况下将其视为点声源来处理。对探测声呐而言,当目标距离远大于目标尺度时,这些辐射噪声也可视为发自一个点。因此,很长时间以来,人们通常将目标辐射噪声视为点声源,通过点源换能器或基阵等方法产生目标舰船的点源模拟辐射噪声,为水下声呐的性能考核作出了应有的贡献。

　　20世纪90年代以来,随着舰船噪声控制和降噪技术的不断提高,在噪声源识别技术方面,新技术如谱分析技术、偏相干分析以及声强分析技术等得到较为迅速的发展,人们认识到舰船噪声源具有分部声源的多源特性,特别在近场,当目标距离与目标尺度可比拟时,各辐射噪声点具有不同的目标距离和方位,从而明显形成多点辐射噪声或称多源辐射噪声。因此,近年来,人们在舰船噪声模拟技术方面,除了继续深入研究远场点源噪声模拟技术外,已开始研究近场多源辐射噪声模拟产生技术方法,取得了可喜的进展。

　　2 模拟方法综述

　　噪声模拟产生方法按其原理大致可分以下几类:

　　(a)水下爆炸声,这是早期的噪声模拟产生方法,是利用深水炸弹等爆炸物在水中引爆从而模拟产生水下噪声。爆炸噪声具有短时、宽频带、大功率等特点,可以模拟大型舰船的瞬间辐射噪声或启动噪声,其局限性在于难以控制模拟噪声时间和频谱,仅在特殊场合下使用。

　　(b)化学反应发声,这也是早期的噪声模拟产生方法之一,是利用化学物质与水进行化学反应从而模拟产生水下噪声,如汽泡噪声等。化学反应形成的噪声具有易形成、时间可控、低频等特点,可以模拟小型舰船的低速辐射噪声或者水下环境噪声,其局限性在于功率小、频带窄,多在小范围内使用。

　　(c)电路-声学换能器模拟噪声,这是利用电子电路和声学换能器模拟产生噪声的方法,通过相应的电路模拟产生小功率的电噪声,将其加载到声学发射换能器从而形成模拟舰船辐射噪声。电路-声学换能器模拟产生的噪声可以通过改变电路的形式或参数以及配备不同的发射换能器(或发射换能器基阵),从而形成各种不同类型的参数(频谱、功率)可变的模拟噪声,如常用的点源白噪声、点源限带噪声、点源限带+线谱噪声、多源限带噪声等等,能模拟各种不同类型舰船在不同航行条件下的辐射噪声,在声纳目标模拟、鱼雷声靶、水声对抗等领域得到了广泛应用。