水动力噪声
正文
有界水域中水介质与航行体表面或水流边界面之间相对运动而产生的随机声音。海洋中水面舰船、潜艇和鱼雷等在航行时产生的水下噪声既为敌方声纳提供信息,危及自身安全,又对本身所载的水声设备构成自噪声干扰,限制了海军装备的性能。声音的传播依赖于介质的压缩性,通常水中声速约为空气中声速的4。4倍。因此,水动力噪声的传播速度比水中航行体的航速大得多。随着各种新型舰船、水下武器和观通设备的发展,研究和降低水动力噪声日益具有重要性。研究水中航行体引起的水动力噪声的形成机理、辐射效率及其时间和空间统计特性,以便抑制、检测和识别各类水动力噪声,是水声学的一项内容。
水动力噪声发声机理主要有三种噪声源模型:单极子声源模型、偶极子声源模型和四极子声源模型。它们所表示的源运动、流场特征、声场指向性和声辐射效率见图。现就三种典型水动力噪声源模型说明于下:
单极子声源模型流体体元作膨胀和收缩的周期性脉动,引起周围介质相对于体元的扩散和聚集运动。由于介质的可压缩性,介质密度产生稠密和稀疏的周期性变化,这种变化以波动的形式向体元外均匀传播,形成声波。流场图以“”号表示体元膨胀的半周期脉动,箭头方向表示周围介质扩散运动的方向。声场图中以“”号表示声源在周围介质中产生密度稠密的波动向外传播。当体元处于收缩半周期时,流场以“”号表示,箭头朝向体元,表示周围介质向体元聚集的运动方向。相应地声场图以“”号表示,说明声源在周围介质中产生密度稀疏的波动向外传播。为了简明起见,下图所列单极子声源的流场和声场图仅表示体元在膨胀半周期内的流场和声场。
偶极子声源模型流体质量元在外力作用下质心作周期性的摆动。在上半周期,质心和周围介质按箭头方向运动。在下半周期,运动的方向相反。介质的运动同样引起密度的变化,以波动的形式向周围传播,形成具...
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