徐楓

摘 要：魚雷隔振降噪性能直接影響到魚雷命中率。本文分析了魚雷噪聲的主要來源，闡述了隔振降噪結(jié)構(gòu)原理、隔振系統(tǒng)固有頻率、傳振系數(shù)、隔振系統(tǒng)剛度、隔振系統(tǒng)阻尼層等參數(shù)的計算原則，通過搭建專用測試設備對三種不同結(jié)構(gòu)形式的隔振降噪結(jié)構(gòu)進行激勵與響應頻率的收集，利用Matlab數(shù)據(jù)分析軟件，仿真計算了隔振效果，為后續(xù)隔振降噪結(jié)構(gòu)設計奠定了基礎。

關(guān)鍵詞：基陣；隔振；降噪；技術(shù)

中圖分類號：TJ630 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）14-0031-02

1 魚雷隔振降噪技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

魚雷輻射噪聲水平直接影響命中率。資料顯示，噪聲水平每升高5dB，命中率就降低25%；反之，噪聲水平降低5dB，命中率就將增加25%，隔振降噪技術(shù)成為影響魚雷發(fā)展的重要原因之一。

美軍現(xiàn)役的MK48魚雷在隔振降噪方面采取了很多措施：采用低噪聲聲納基陣設計；將動力裝置安裝在隔振座上，減小振動向殼體傳遞；動力裝置與螺旋槳之間采用彈性軸連接，減小振動耦合；在殼體內(nèi)表面敷設阻尼材料，降低殼體聲輻射效率；采用泵噴推進技術(shù)，降低螺旋槳噪聲。俄羅斯擁有系統(tǒng)的魚雷聲學設計指南、水下噪聲計算方法和魚雷隱身設計經(jīng)驗，在魚雷結(jié)構(gòu)設計、隔振裝置設計和材料運用等方面有著獨特的風格，如采用薄殼加肋結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)噪聲避開殼體共振頻率等。國內(nèi)魚雷隔振降噪技術(shù)研究起步較晚，在低噪聲設計技術(shù)基礎上，利用軟件對設計進行仿真，利用水池試驗和實航試驗驗證設計效果是主要的技術(shù)途徑。

2 魚雷噪聲源

魚雷的噪聲源主要包括流體動力噪聲、推進噪聲和機械噪聲。在不同的測量頻段和航行條件下，三種噪聲源的貢獻會有相應的變化。魚雷在淺水航行時，由于推進器葉片的空化，推進噪聲是魚雷的主要噪聲源；隨著魚雷下潛深度增加，動力機械噪聲將成為主要噪聲源；流體動力噪聲隨著魚雷航速的增加而迅速上升，并且雷頭在蛇形航行時，對聲換能器有著較大影響，此時流體動力噪聲對魚雷聲學性能的影響最大。魚雷自導裝置聲學基陣通常布局在魚雷頭段，離主要振動噪聲源魚雷動力裝置較遠，但魚雷整體外形結(jié)構(gòu)較小，動力裝置產(chǎn)生的能量，足以產(chǎn)生很大的振動，振動通過殼體傳向聲學基陣，降低魚雷聲學性能。因此，需要設計隔振降噪結(jié)構(gòu)，將聲學裝置與魚雷殼體隔離。

3 隔振降噪原理功能

聲學結(jié)構(gòu)隔振降噪的基本原理是在魚雷殼體和換能器安裝骨架之間增加隔振結(jié)構(gòu)，依靠高阻尼彈性材料，形成柔性連接，利用阻尼材料的彈性變形，起到緩沖和消能作用，減小振動源對聲學裝置的振動能量傳遞。隔振系統(tǒng)一般具有6種獨立的振動形式，即通常所說的垂向、橫向、軸向、縱搖、橫搖與平搖等振型。由于各個方向上的剛度不盡相同，勢必造成固有頻率的分散性，給結(jié)構(gòu)聲學設計帶來復雜因素。因此，在魚雷殼體與聲學基陣之間采用硫化橡膠的工藝，確保內(nèi)外結(jié)構(gòu)一致，盡可能的避免上述情況的發(fā)生。

4 隔振降噪方案設計

（1）隔振類型。考慮到魚雷隔振指標要求較高，且單級系統(tǒng)通常隔振效率在20dB以下，因此魚雷聲學基陣通常選用兩級隔振方式。根據(jù)以往設計經(jīng)驗，預先給定兩級隔振系統(tǒng)的質(zhì)量比，反求最優(yōu)阻尼比和最優(yōu)的兩級固有頻率比，最終通過二維參數(shù)優(yōu)化得出最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

（2）結(jié)構(gòu)組成。聲學結(jié)構(gòu)的隔振降噪裝置本質(zhì)上是一種懸浮結(jié)構(gòu)。根據(jù)兩級隔振力學模型，隔振結(jié)構(gòu)總體應為對稱分布，具體有外層、中層、內(nèi)層，其通過高阻尼硫化橡膠進行連接，外層與魚雷殼體通過螺釘、銷釘進行剛性連接，內(nèi)層與聲學基陣剛性連接，第一層阻尼層為軸向阻尼，第二層為徑向阻尼，根據(jù)隔振理論，此時完全解耦，各自由度計算分析時可獨立考慮。

（3）隔振體系固有頻率和傳振系數(shù)確定。根據(jù)減振理論及現(xiàn)有產(chǎn)品隔振結(jié)構(gòu)形式的技術(shù)要求，選取，為激振源頻率；橡膠為阻尼材料，阻尼比；則固有頻率和傳振系數(shù)可簡化計算為：

（4）剛度的確定。魚雷產(chǎn)品隔振結(jié)構(gòu)，應具有較好的綜合機械性能，首先應滿足不易生銹，其次最好有較大的密度，再次最好不易磁化以減少對電子裝置的影響，加之考慮質(zhì)量限制和加工性能，最終選用鋁合金，牌號2A12。

（5）橡膠阻尼層的確定。在工況受到嚴格控制的環(huán)境中，天然橡膠是優(yōu)質(zhì)的隔振材料，其阻尼性能比金屬隔振器約大10倍，合成橡膠對工況惡劣的環(huán)境效果更佳，加之考慮使用壽命和硬度，最終選取使用橡膠類粘性高聚物材料。

5 分析對比

通過搭建專用測試設備，按1/3倍頻程進行測試，將加速度計傳感器測試數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡收集至計算機，結(jié)合Matlab數(shù)據(jù)分析軟件進行編程，對采集數(shù)據(jù)進行仿真、回放分析計算。

Matlab程序計算公式：插入損耗（dB）=

減振器一：總體結(jié)構(gòu)采用兩級減振，減振墊由內(nèi)外兩層鋁合金圓柱通過橡膠硫化而成，形成第一隔振層；減振器由外圈、內(nèi)圈通過大螺紋、硫化橡膠而成，形成第二隔振層，兩者通過標準件安裝連接。從殼體傳入的振動能量需經(jīng)過兩層隔振才能傳遞至聲學裝置安裝平臺。結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。

減振器二：總結(jié)結(jié)構(gòu)單級隔振減振器由外圈、內(nèi)圈通過大螺紋、硫化橡膠而成。結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示。

減振器三：總體結(jié)構(gòu)采用兩級減振，軸向、徑向分別采用橡膠硫化進行裝配。結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示。

（1）測試設備。試驗設備主要包括數(shù)據(jù)采集記錄儀、8路加速度傳感器、大功率激振器、標準信號源、標準功率放大器、計算機、數(shù)據(jù)回放處理軟件等。

（2）測試方法。采用懸吊法進行測試，將測試產(chǎn)品通過彈力橡膠繩吊掛在支撐架下方，將傳感器、激振器與被測產(chǎn)品連接，若測試軸向，則傳感器、激振器均沿測試產(chǎn)品軸向布放；若測試徑向，則傳感器、激振器均沿測試產(chǎn)品徑向布放。開啟功率放大器、信號源，在所需測試頻帶內(nèi)，按照1/3倍頻程設定信號源的頻率測試點，將功率放大器調(diào)節(jié)至放大倍數(shù)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后進行記錄，每次記錄時間不小于15s。

（3）測試結(jié)論。利用Matlab數(shù)據(jù)分析軟件，對三種減振器測試數(shù)據(jù)進行仿真分析，得到三種減振器在四個頻段內(nèi)的減振量如表1所示。

可以得出以下幾點：

（1）兩層隔振系統(tǒng)隔振降噪性能優(yōu)于單層隔振系統(tǒng)；（2）兩層隔振系統(tǒng)，應分別對軸向、徑向進行振動隔離；（3）軸向、徑向隔振阻尼層厚度、面積與隔振效果成比例。

6 結(jié)語

魚雷隔振降噪是一項復雜的系統(tǒng)工程，提升魚雷整體隔振降噪效果，有利于增大魚雷聲自導系統(tǒng)的作用距離， 又可以降低被發(fā)現(xiàn)的概率。本文針對魚雷隔振降噪結(jié)構(gòu)設計方法進行分析和討論，合理有效的對三種隔振降噪結(jié)構(gòu)進行驗證分析，總結(jié)出隔振降噪結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方向，為后續(xù)隔振系統(tǒng)設計奠定了基礎。

參考文獻

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