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艦載聲納系統(tǒng)噪聲干擾過高的原因及解決措施探討

2019-11-29 06:01林鋒
科技與創(chuàng)新 2019年2期
關(guān)鍵詞:聲納譜線電平

林鋒

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艦載聲納系統(tǒng)噪聲干擾過高的原因及解決措施探討

林鋒

(海軍702廠,上海 200434)

噪聲會(huì)對(duì)艦船的航行產(chǎn)生重大影響,但艦船的主機(jī)、輔機(jī)、螺旋槳、聲納導(dǎo)流罩等裝置都會(huì)產(chǎn)生一定量的噪聲,進(jìn)而對(duì)聲納系統(tǒng)造成影響,所以,對(duì)于噪聲過高的產(chǎn)生原因以及對(duì)其的預(yù)防是聲納系統(tǒng)的一個(gè)重點(diǎn),同時(shí),也是一個(gè)難點(diǎn)。因此,著重分析了艦載聲納系統(tǒng)噪聲干擾的來源,并提出了解決措施。

艦載聲納系統(tǒng);噪聲干擾;潛艇;水底物體

潛艇和艦載聲納之間的矛盾性在研究過程中不斷演化,激勵(lì)著潛艇的進(jìn)步,也促進(jìn)了艦載聲納的不斷革新。從海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中我們就可以知道,艦艇,尤其是潛艇是戰(zhàn)爭(zhēng)中極其重要的工具。當(dāng)潛艇在水下活動(dòng)時(shí),隨著水的深度的不斷增加,聲納對(duì)于信息獲取的重要性就越來越不可替代,但同時(shí)聲納也是潛艇的克星,因?yàn)樗粌H可以用來獲取信息,也可以讓敵軍感知到艦艇的存在。潛艇的研發(fā)技術(shù)在不斷發(fā)展和進(jìn)步,這也要求聲納技術(shù)不斷革新。聲納系統(tǒng)不能再是潛艇上一個(gè)獨(dú)立的單元,必須將其系統(tǒng)化、一體化才能夠使聲納系統(tǒng)更全面、更完美地發(fā)揮其作用。

1 聲納降低噪聲的重要性分析

聲納的工作原理就是利用聲波來探測(cè)水底物體的存在。它可以為潛艇指明航向,也可以用于測(cè)繪、遙感等工作,所以,聲納是潛艇不可或缺的一部分。在軍用場(chǎng)合,只要聲納的感知距離足夠,就可以在很遠(yuǎn)的距離內(nèi)探測(cè)到敵情,從而使我們有足夠的時(shí)間以及準(zhǔn)備來消滅敵人;在民用方面,聲納可以避免艦船觸礁,提高航行的安全性。以上可見,聲納的重要性是不言而喻的。因此,很多國(guó)內(nèi)外的學(xué)者在聲納探測(cè)性能以及隱蔽性能的提高上都花了很大的功夫。近年來,隨著國(guó)際聲納技術(shù)的不斷發(fā)展,目前的聲納趨于大功率,低頻的發(fā)展方向,作用距離、發(fā)射頻率、接收靈敏度都有了很大的提高。海洋的環(huán)境是復(fù)雜多變的,海下的聲音來源有很多,聲納系統(tǒng)接收到的信息一般是由很多噪聲合成的,因此,聲納系統(tǒng)一個(gè)很重要的作用就是區(qū)分不同來源的噪聲,找出要觀察的目標(biāo)傳出的聲音。但是,由于其他不相關(guān)的噪聲的存在,使得聲納的識(shí)別過程變得極為困難。

毫無疑問,如果環(huán)境噪聲過大,聲納的識(shí)別難度就會(huì)急劇上升。所以,聲納系統(tǒng)性能的發(fā)揮不僅與本身硬件有著很大的關(guān)系,也與其工作環(huán)境有很大的關(guān)系。這樣就要求我們分析環(huán)境中噪聲的來源,并采用一定的手段來消除不相干的噪聲。

2 艦載聲納系統(tǒng)噪聲干擾運(yùn)用分析方法

艦載聲納系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,艦船的主機(jī)、輔機(jī)、螺旋槳,聲納導(dǎo)流罩的渦流分界層壓力波動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生一定量的噪聲,要想分析噪聲過大的原因,我們必須搞清楚它的來源。艦載聲納系統(tǒng)噪聲干擾來源的分析方法主要有以下幾種。

2.1 利用艦載聲納系統(tǒng)本身進(jìn)行分析

在聲納系統(tǒng)正常工作時(shí),我們可以采用這種分析方法,這是因?yàn)闄C(jī)器產(chǎn)生的噪聲是與其設(shè)備上的技術(shù)指標(biāo)相符合的。選定航行狀態(tài)之后,我們可以對(duì)噪聲干擾的電壓進(jìn)行測(cè)量,通過公式將其換算成聲壓,并對(duì)測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行分析。在聲納系統(tǒng)的工作扇面,我們要對(duì)艦船此時(shí)狀態(tài)下的電平各弦角的分布進(jìn)行分析,并當(dāng)其相同之時(shí),繪制電平弦角與航行速度之間的關(guān)系曲線。在不同的狀態(tài)下觀察艦船上的機(jī)械裝置、航行系統(tǒng)在不同的弦角之下電平數(shù)值的變化,同時(shí),對(duì)電平數(shù)值變化與航行速度的關(guān)系繪制曲線圖。在單個(gè)螺旋槳工作的條件下繪制相同的關(guān)系曲線圖。在聲納換能器上要觀察干擾電平在不同航行狀態(tài)下的分布,并實(shí)時(shí)監(jiān)聽噪聲干擾源的噪聲特點(diǎn),當(dāng)出現(xiàn)噪聲干擾電平弦角相同的情況時(shí),要記錄艦船航行速度的變化,同時(shí),記錄與之相對(duì)應(yīng)的電平數(shù)值的變化。在得到這些曲線圖之后,我們要觀察噪聲的其他特征或輔助特征,對(duì)這些特點(diǎn)綜合分析,比較各種關(guān)系曲線圖,最終將噪聲的干擾源確定下來。

2.2 利用譜線法進(jìn)行分析

譜線法可以用于單個(gè)噪聲源或多個(gè)噪聲源。在消失時(shí)對(duì)聲納系統(tǒng)導(dǎo)流罩內(nèi)的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行水聲干擾測(cè)量,同時(shí),繪制干擾譜線,對(duì)其變化特征、譜線特征進(jìn)行全面、詳細(xì)的分析以及評(píng)估,從而確定干擾源。采用譜線法來輔助我們分析噪聲干擾源時(shí),需要配備專業(yè)的測(cè)量設(shè)備,比如接收換能器、雙通道放大器、頻譜分析儀等,將這些設(shè)備安裝在艦船上才能夠進(jìn)行有效、詳細(xì)的分析。接受換能器的安裝可以選擇距離較遠(yuǎn)的點(diǎn),其他裝置的安裝則以距離最適為原則。在測(cè)量完水聲干擾之后,要通過頻譜分析儀上的寬頻帶與窄頻帶對(duì)干擾譜線進(jìn)行分析處理,再將處理之后的結(jié)果換成電平后繪制電平譜線,噪聲源的確定就來源于對(duì)電平的分析。

2.3 利用調(diào)制特性法進(jìn)行分析

螺旋槳噪聲是否處于正常狀態(tài)是可以通過在正常噪聲背景下由調(diào)制特性法來判斷的。這種方法對(duì)噪聲來源的分析需要借助聲納系統(tǒng),也需要專業(yè)的測(cè)量設(shè)備。聲納系統(tǒng)在接收到噪聲信號(hào)之后會(huì)自動(dòng)在電話輸出端輸出信號(hào),電平會(huì)自動(dòng)接收聲納系統(tǒng)傳輸?shù)男盘?hào),并在紙帶上對(duì)其波動(dòng)的規(guī)律、波動(dòng)信號(hào)以及波形進(jìn)行記錄。將這個(gè)記錄結(jié)果與螺旋槳旋轉(zhuǎn)的頻率進(jìn)行比對(duì),當(dāng)兩者的重合度達(dá)到一定高度之后,就可以確定螺旋槳確實(shí)存在噪聲干擾現(xiàn)象。之后就可以使用專業(yè)的設(shè)備對(duì)噪聲干擾的強(qiáng)度進(jìn)行分析,進(jìn)一步確定螺旋槳的噪聲干擾對(duì)艦船的具體影響。

3 預(yù)防艦載聲納系統(tǒng)噪聲干擾過大的方法

艦船在運(yùn)行過程中各個(gè)組分產(chǎn)生的噪聲以及系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲是干擾聲納系統(tǒng)的主要因素,艦船的主機(jī)、輔機(jī)、螺旋槳、艦載系統(tǒng)裝置都會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲。同時(shí),導(dǎo)流罩中渦流分界層的壓力波動(dòng)以及附近船體上產(chǎn)生的噪聲都是干擾聲納系統(tǒng)的噪聲來源。聲納系統(tǒng)在過大的噪聲環(huán)境下是無法正常工作的,這會(huì)直接影響到艦船的安全以及艦船本身的可持續(xù)使用性能。在這種情況下,我們就必須對(duì)可能的噪聲源采取一定的預(yù)防措施來防止噪聲源的干擾過于強(qiáng)烈。一般情況下,普通艦船要進(jìn)行定時(shí)保養(yǎng),同時(shí)進(jìn)行塢修來預(yù)防噪聲源干擾。對(duì)于潛艇,導(dǎo)流罩內(nèi)的各種用電裝備的電纜以及設(shè)備的管路都要定期進(jìn)行檢查修復(fù),上層建筑與指揮室之間的各種管道系統(tǒng)、墻壁建筑以及其中所包含的設(shè)備都要進(jìn)行定期檢測(cè),對(duì)于各個(gè)設(shè)備的固定性也要進(jìn)行檢查。要保證圍壁門以及各個(gè)舵口門的完整性以及可使用性。排水孔板蓋的牢固性是必須確保的。除此之外,整個(gè)船體各個(gè)組份之間的固定性、牢固性都要進(jìn)行仔細(xì)的檢查,對(duì)于聲納系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備以及系統(tǒng)的運(yùn)作也要進(jìn)行定期的詳細(xì)檢查。對(duì)于水上艦船,聲納系統(tǒng)導(dǎo)流罩是否可以良好工作是十分重要的,因此,一定要對(duì)導(dǎo)流罩的連接性、密閉性進(jìn)行檢查。一定不能忽視螺旋槳的存在,因?yàn)樗侵饕脑肼晛碓?,一定要預(yù)防螺旋槳產(chǎn)生過大的噪聲。降噪裝置以及隔聲裝置也要進(jìn)行檢查,保證這些裝置性能良好。

4 結(jié)論

通過本文的一系列分析我們可以看到,艦船的很大一部分噪聲來源于本身的裝置。噪聲來源高出一定量后就會(huì)對(duì)聲納系統(tǒng)造成較大的影響,所以,我們一定不能忽視日常的檢查保養(yǎng)工作,只有把保養(yǎng)工作做好,并采取其他有效的預(yù)防措施,才能確保聲納系統(tǒng)的正常工作。

[1]李軍,姚藍(lán).艦殼聲納本艦噪聲自適應(yīng)抵消的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究[C]//中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)儀器儀表學(xué)委會(huì)水聲學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議,1997.

[2]唐建生,皇甫立.噪聲干擾對(duì)被動(dòng)聲納系統(tǒng)的影響及仿真分析[J].聲學(xué)技術(shù),2015,34(05):395-398.

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2095-6835(2019)02-0060-02

U666.7

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.02.060

〔編輯:張思楠〕

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