1、噪聲定義：噪聲定義： 指在特定條件下不需要的聲音。水下噪聲：水下噪聲：（1）海洋環境噪聲和目標（艦船、潛艇、魚雷等）的自噪聲 聲吶系統的主要干擾背景之一，限制裝備性能。（2）目標（艦船、潛艇、魚雷等）輻射噪聲 被動聲吶系統的聲源，通過接收該噪聲實現目標檢測。水下噪聲研究的意義（水聲對抗與反對抗）：水下噪聲研究的意義（水聲對抗與反對抗）：（1）提高被動聲吶設備的檢測和識別能力；（2）減振降噪處理，提高自身隱蔽性和安全性。 1 1、噪聲描述、噪聲描述 噪聲是一個隨機過程，描述噪聲的統計量有：（1 1）噪聲的概率密度函數：）噪聲的概率密度函數：1111011limpppppPtpp，（2 2）噪聲的

2、概率分布函數：）噪聲的概率分布函數：1111111pppdptptppppP，（3 3）平穩隨機過程：）平穩隨機過程：tptp，11結論：平穩隨機過程的概率密度函數與時間無關。結論：平穩隨機過程的概率密度函數與時間無關。1 1、噪聲描述、噪聲描述 一般水中噪聲被視為平穩隨機過程，若噪聲的聲壓概率密度函數表示為： 22221pep為高斯分布，相應的噪聲稱為高斯噪聲。其均值和方差： dpppppdppp222常識：一般將水聲干擾噪聲視為高斯噪聲。常識：一般將水聲干擾噪聲視為高斯噪聲。 1 1、噪聲描述、噪聲描述 一般，表征噪聲統計特性的統計量：概率密度函數、數學期望、方差、相關函數、功率譜。 由隨

3、機過程理論可知，噪聲自相關函數的傅立葉變換即為功率譜密度函數： 若噪聲的功率譜是均勻，則稱之為白噪聲。 deRSdttptpTRjTTT21lim1 1、噪聲描述、噪聲描述時間平均表示： dpppI)(222/2/22)(1limTTTdttpTI噪聲聲壓有效值： 噪聲聲壓有效值：噪聲聲壓有效值：介質特性阻抗為單位值時平均聲強平方根。 如果假設噪聲的平均值為零，介質阻抗為單位值，則它的方差便等于平均聲強： 2/2/2)(1limTTTedttpTIp2 2、噪聲頻譜分析、噪聲頻譜分析 噪聲聲壓是一個隨機量，與時間量之間不存在確定關系，因此分析噪聲聲壓幅值頻譜沒有意義；而隨機過程功率譜函數是一個

4、確定的統計量，反映了該過程的各頻率分量的平均強度。 根據信號頻譜曲線形狀劃分：（1 1）線譜：）線譜：數學上能夠用傅氏級數來表示，水聲中周期、準周期信號頻譜就是線譜信號；（2 2）連續譜：）連續譜：頻譜分析用傅氏變換來表示，水聲中瞬態非周期信號頻譜就是連續譜。2 2、噪聲頻譜分析、噪聲頻譜分析2 2、噪聲頻譜分析、噪聲頻譜分析聲強平均頻譜密度： 聲強頻譜密度函數： iiifIS dfdIfIfSiifi0lim帶寬內的總聲強： 21ffdffSI注意：注意：連續譜某確定頻率分量上的聲強貢獻無限小。0lg10IINLN2 2、噪聲頻譜分析、噪聲頻譜分析海洋環境噪聲級：注意：注意：水下噪聲是多種噪

5、聲源的綜合迭加，每種噪聲源的激勵不盡相同，因此，它可能是線譜，也可能是連續譜，甚至是兩種的迭加。 水聽器工作帶寬內的噪聲總聲強 假設水聽器工作帶寬 內噪聲譜 和其響應是均勻的，則： f)(fSfSIN0lg10lg10ISfNL2 2、噪聲頻譜分析、噪聲頻譜分析3 3、水下噪聲指向特性、水下噪聲指向特性水下噪聲具有指向性：水下噪聲具有指向性：噪聲源具有指向性、噪聲源空間分布、海洋傳播條件等原因。常識：常識：海面噪聲（風浪噪聲）垂直指向性；遠處航船的輻射噪聲水平指向性。 注意：注意：工程上將海洋環境噪聲視為各向同性的，便于信號處理。海洋環境噪聲海洋環境噪聲也稱自然噪聲，是水聲信道的一種干擾背景；

6、研究環境噪聲的目的：研究環境噪聲的目的：n 解決NL及其時空統計特性與環境因素之間的依賴關系，找出其規律，并由此作出必要的預報，為聲吶設備設計、研制提供必要的數據；n 利用噪聲與信號場在時空統計特性方面的差異，設計信號處理方案，提高設備的抗干擾能力。1 1、深海中的環境噪聲源、深海中的環境噪聲源 采用海底深水水聽器，在低于1Hz100kHz頻段內對深海噪聲進行測量研究，研究結果表明：n 噪聲源是多種多樣的，環境噪聲是這些源的綜合效應；n 環境噪聲在不同頻段有不同特性，各種噪聲源發聲機理不同；n 環境噪聲與環境條件密切相關，如風速等自然條件。1 1、深海中的環境噪聲源、深海中的環境噪聲源 從低頻

7、到高頻次序討論噪聲源及其特性：（1 1）潮汐和波浪的海水靜壓力效應）潮汐和波浪的海水靜壓力效應 潮汐和海面波浪是海洋內部引起海水靜壓力變化的原因，是低頻噪聲源。（2 2）地震擾動）地震擾動 地震擾動是海洋中的極低頻噪聲源。 地震擾動在海水中產生的壓力：2pfca 式中，a為地震擾動引起的地球表面垂直振幅。1 1、深海中的環境噪聲源、深海中的環境噪聲源（3 3）海洋湍流）海洋湍流 海洋中無規則隨機水流形成的湍流，以多種方式產生噪聲，是一種低頻噪聲源。 海洋湍流產生噪聲機理：n 湍流會使水聽器、電纜等顫動或作響，產生自噪聲，它不是自然噪聲；n 湍流運動引起壓力變化輻射噪聲，在湍流區以外海水中產生噪

8、聲。它是四極子源，隨距離衰減快，對環境噪聲貢獻不大；n 湍流區內部壓力變化的聲效應。1 1、深海中的環境噪聲源、深海中的環境噪聲源Wenz根據湍流理論和實驗關系，推導的湍流壓力譜。 1 1、深海中的環境噪聲源、深海中的環境噪聲源（4 4）波浪非線性作用引起的低頻噪聲）波浪非線性作用引起的低頻噪聲n 海面波浪運動產生的壓力隨深度增加迅速變小；n 兩個反方向傳播的行波波浪相遇，可能相互作用形成駐波，產生的壓力不隨深度增加而變小，其頻率是形成它的波浪頻率的兩倍；n 波浪非線性作用引起的噪聲是低頻噪聲源。1 1、深海中的環境噪聲源、深海中的環境噪聲源（5 5）遠處航船噪聲）遠處航船噪聲 遠處航船噪聲是

9、幾十赫茲至幾百赫茲頻率范圍內的主要噪聲源。 測量結果表明：n 然噪聲與風和天氣無關，且到達深水水聽器的噪聲來自水平方向；n 在50Hz500Hz范圍內，航船頻繁海區的自然噪聲量級高于航船稀少海區的測量值；n 在50Hz500Hz范圍內，觀測到的自然噪聲譜有一段突起或平坦部分，與傳播的輻射噪聲譜極大值相符合。1 1、深海中的環境噪聲源、深海中的環境噪聲源（6 6）風成噪聲（海面波浪噪聲）風成噪聲（海面波浪噪聲） 海面粗糙度是更高頻段的自然噪聲的噪聲源。 測量結果表明：n 在500Hz25kHz頻率范圍內，自然噪聲與海況、水聽器處風速直接相關，到達深水水聽器方向接近垂直。n 風成噪聲與風速的相關性

10、比與海況的相關性更好。Kundson海洋環境噪聲譜海洋環境噪聲譜1 1、深海中的環境噪聲源、深海中的環境噪聲源（7 7）熱噪聲）熱噪聲 海洋分子熱噪聲限制水聽器高頻靈敏度，等效熱噪聲譜級：1520lgNLfDIE DI為指向性指數，單位dB；E為轉換效率，單位dB；f頻率，單位kHz。 2 2、深海環境噪聲譜、深海環境噪聲譜n 20世紀60年代，Wenz提出環境噪聲的 Wenz譜級圖。n 在一般情況下，它比較細致地描寫出環境噪聲的普遍規律性，被認為最具代表性的深海噪聲譜曲線。2 2、深海環境噪聲譜、深海環境噪聲譜 深海環境噪聲譜由斜率的不同的五部分組成：（1）頻段，至今還不為人所知。估計該噪聲

11、來源于海水靜壓力效應或是地球內部的地震擾動。（2）頻段，譜斜率為-8-10dB/倍頻程，與風速僅有很微弱關系，最可能噪聲源是海洋湍流。2 2、深海環境噪聲譜、深海環境噪聲譜（3）頻段，噪聲譜基本是平的，遠處行船是主要噪聲源。（4）頻段，譜斜率具有-5-6dB/倍頻程，噪聲源是離測量點不遠的粗糙海面。（5）頻段，海水介質分子熱運動噪聲，譜線斜率為6dB/倍頻程。2 2、深海環境噪聲譜、深海環境噪聲譜n工程上，為預報海洋環境噪聲級，需要用到不同參數表示典型自然噪聲譜。n 圖中畫出了不同航運和風圖中畫出了不同航運和風速條件下的預報用曲線。速條件下的預報用曲線。n 使用時，選擇適當的航運和風速條件曲線

12、，綜合考慮航運條件、蒲氏風級、噪聲頻率、海況等因素，近似地預報自然噪聲譜。3 3、自然噪聲間歇源及其變化特性、自然噪聲間歇源及其變化特性（1 1）間歇源的噪聲源）間歇源的噪聲源 一種暫時存在的噪聲源，如能發聲的海洋生物、降雨等。海洋生物噪聲：海洋生物噪聲： 甲殼類、魚類和海生哺乳類特殊鳴聲、嘈雜聲等；降雨噪聲：降雨噪聲： 提高自然噪聲級，與降雨率和降雨面積有關。3 3、自然噪聲間歇源及其變化特性、自然噪聲間歇源及其變化特性長島海峽東端海深為36米海域測得的降雨自然噪聲譜3 3、自然噪聲間歇源及其變化特性、自然噪聲間歇源及其變化特性不同降雨率的降雨噪聲譜理論估計值3 3、自然噪聲間歇源及其變化特

13、性、自然噪聲間歇源及其變化特性（2 2）自然噪聲的易變性）自然噪聲的易變性n 自然噪聲具有易變性。n 產生原因：噪聲源的易變性；傳播條件的改變，影響來自遠處噪聲源的聲傳播，從而改變了噪聲強度。 百慕大和巴哈馬群島海底水聽器觀測結果：冬季的自然噪聲級比夏季高7dB。4 4、海洋環境噪聲振幅分布和空間相關性、海洋環境噪聲振幅分布和空間相關性（1 1）振幅分布）振幅分布n 海洋環境噪聲是由大量噪聲源的輻射噪聲疊加所組成的，各噪聲源之間互不相關；n 海洋環境噪聲的振幅分布是高斯分布，高斯分布，但在近海面其分布比高斯型尖，原因是噪聲源數目不夠大。4 4、海洋環境噪聲振幅分布和空間相關性、海洋環境噪聲振幅

14、分布和空間相關性（2 2）空間相關性）空間相關性n 對聲吶基陣設計具有重要意義；n 為降低環境噪聲的干擾，基陣基元間距應大于環境噪聲的空間相關半徑，提高基陣輸出端的信噪比；n 噪聲的空間相關性：指海中相隔開的水聽器接收到噪聲的乘積對時間平均。n兩個相距為d各向同性單頻噪聲相關系數為：kdkdd/sin)(4 4、海洋環境噪聲振幅分布和空間相關、海洋環境噪聲振幅分布和空間相關 Cron和Sherman對噪聲源分布無限大平面上、噪聲源指向性為 噪聲場相關系數進行研究。mcosn 水平方向和垂直方向上的相關系數隨間距d做衰減振蕩，曲線與各向同性的單頻噪聲場具有相同形狀；n 水平方向和垂直方向上的相關

15、系數第一個零點分別位于0.8和0.9附近；2cosn 海面粗糙度形成噪聲場具有 指向特性。4 4、海洋環境噪聲振幅分布和空間相關性、海洋環境噪聲振幅分布和空間相關性（3 3）相關延時與噪聲源）相關延時與噪聲源n 如果把兩相隔開的水聽器的輸出信號進行相關分析，則相關峰位置的延時值表示了信號到達兩個水聽器的時差，相關峰的幅值、形狀表示了兩個信號的相關特性。n 百慕大群島垂直陣測量結果：低風速時，噪聲源為遠處航船和風暴；高風速時，噪聲源為海面噪聲源。5 5、深海環境噪聲指向性、深海環境噪聲指向性 深海環境噪聲具有指向性：低頻噪聲來自遠處，高頻噪聲源來自頂部的海面。 海面輻射噪聲具有 的指向特性（噪聲

16、源和海面上虛源干涉效應引起的）。2cosn 艦船、潛艇和魚雷的輻射噪聲，是被動聲吶探測、分類識別和跟蹤目標的信號，是被動聲吶方程中的聲源級SL。n 艦船輻射噪聲的危害：艦船輻射噪聲的危害：（1）破壞了艦船和潛艇的隱蔽性；（2）可能引爆某些水中兵器；（3）干擾本艦的水聲設備（自噪聲）。n 艦船輻射噪聲是水中兵器研制的重要依據艦船輻射噪聲是水中兵器研制的重要依據n 艦船、魚雷輻射噪聲特點：艦船、魚雷輻射噪聲特點： 噪聲源繁多、集中，噪聲強度大，頻譜成分復雜。1 1、艦船輻射噪聲的聲源級和噪聲譜、艦船輻射噪聲的聲源級和噪聲譜艦船輻射噪聲的聲源級：艦船輻射噪聲的聲源級：定義：定義：水聽器聲軸方向上距源

17、的等效聲中心1m處的聲強與參考聲強之比的分貝數。 在遠場測得噪聲級后，再修正傳播損失，歸算到離聲源聲中心1米處，并計算出1Hz帶寬內聲強，則聲源級和譜源級：010lgNISLI式中， 是換能器工作帶寬， 為參考聲強， 為距聲源聲中心1米處的噪聲聲強。f0INI010lgNISLIf1 1、艦船輻射噪聲聲源級和噪聲譜、艦船輻射噪聲聲源級和噪聲譜噪聲譜基本類型：噪聲譜基本類型： （1）連續譜；（2）線譜；（3）混合譜。 艦船輻射噪聲為線譜和連續譜的迭加。 2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性艦船輻射噪聲源分為三大類：艦船輻射噪

18、聲源分為三大類：機械噪聲、螺旋槳噪聲和水動力噪聲 （1 1）機械噪聲）機械噪聲 機械噪聲是航行或作業艦船上的各種機械的振動，通過船體向水中輻射而形成的噪聲。產生機理：產生機理：n 不平衡的旋轉部件（電機電樞等）n 重復的不連續性（齒輪、電樞槽、渦輪機葉片等）n 往復部件（內燃機汽缸中爆炸）產生線譜噪聲，其成分是振動基頻及其諧波分量。n 流體空化和湍流及排氣（泵、管道、閥門中流體，凝汽器排氣等）n 機械摩擦（軸承等）產生連續譜噪聲。2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性（1 1）機械噪聲）機械噪聲結論：結論：n 艦船機械噪聲為強線譜加弱連續譜強線譜加弱連續譜的迭加，與艦船航行狀態

19、及機械工作狀態密切相關，頻譜結構較復雜、多變的；n 機械噪聲是艦船輻射噪聲低頻低頻段主要成分。 2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性（2 2）螺旋槳噪聲）螺旋槳噪聲 螺旋槳噪聲是由旋轉著的螺旋槳與流體相互作用所產生的噪聲，它由螺旋槳空化噪聲、唱音和螺旋槳葉片旋轉噪聲組成。 空化噪聲：空化噪聲：n 螺旋槳在水中旋轉，當轉速達到一定值時，葉片葉稍和表面產生負壓，負壓足夠高，就會長生氣泡，這種現象稱為空化；n 空化產生的氣泡破裂發出尖的聲脈沖，大量氣泡破裂產生的噪聲，稱為空化噪聲。2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性 螺旋槳空化噪聲是艦船輻射噪聲高頻段主要成分，且

20、為連續譜，其典型頻譜如下圖。2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性頻譜特點：頻譜特點： 在高頻段，譜級隨頻率以6dB/oct斜率下降；在低頻段隨頻率增高而增高；譜峰（100Hz1000Hz）隨航速和深度而變化，當航速增加和深度變淺時，譜峰向低頻移動。2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性空化噪聲空化噪聲譜峰變化原因：譜峰變化原因：n 高航速和淺深度情況下，易產生大的空化氣泡，產生低頻噪聲，使譜峰向低頻端移動；n 氣泡較大，其噪聲強度高于高頻段噪聲。產生條件：產生條件：n 艦船航速大于艦船臨界航速。2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性空化噪聲與航

21、速關系：空化噪聲與航速關系：n 航速低于臨界航速，空化噪聲級很低（未發生空化）；n 航速增大至臨界航速，空化噪聲級急劇增大（空化發生、發展）；n 航速繼續增大，空化噪聲級基本趨于穩定（空化充分）。2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性常識：水面艦船螺旋槳空化噪聲常識：水面艦船螺旋槳空化噪聲- -航速關系不是航速關系不是S S形，關系復雜。形，關系復雜?？栈肼暸c航深關系：空化噪聲與航深關系：n 靜壓力越大越不容易空化；n 航行深度增加，臨界航速提高?？栈肼暸c其它因素：空化噪聲與其它因素：n例如螺旋槳損壞、加速、轉向等因素。（2 2）螺旋槳噪聲）螺旋槳噪聲唱音：唱音：n 由于渦

22、發放激勵螺旋槳槳葉共振而產生的輻射噪聲；n 槳隨邊渦發放頻率和槳片彎曲振動固有頻率吻合時的流體動力-結構耦合共振聲；n 由轉速調制的線譜簇，1001000Hz頻率范圍內的低頻強線譜。2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性（2 2）螺旋槳噪聲）螺旋槳噪聲旋轉聲：旋轉聲：n 螺旋槳旋轉受流體動力非定常力作用，形成擊水發聲力源；n 譜特征：線譜，基頻為葉片數和轉速乘積，還有其倍頻線譜。2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性mnsfmn 旋轉聲是潛艇低頻段（1100Hz）噪聲的主要成分。常識：常識：頻譜特性是聲吶識別目標和估計目標速度的依據頻譜特性是聲吶識別目標和估計目

23、標速度的依據。（2 2）螺旋槳噪聲）螺旋槳噪聲 2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性螺旋槳噪聲方向性螺旋槳噪聲方向性n 艦船艏艉方向比正橫方向輻射的噪聲小，船體的遮擋和尾流的影響；n 在與艏艉方向成30o角度內，指向性凹進去，船艏方向比船艉方向凹進略多些。2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性（3 3）水動力噪聲）水動力噪聲 水動力噪聲是船體與海流相對運動時，船體表面產生的噪聲，是水流動力作用于艦船的結果。 產生機理產生機理n 水流沖擊激勵殼體振動或殼體上某些結構（葉片、空穴腔體等）共振；n 湍流附面層產生的流噪聲（粘滯流體特性）；n 航船拍浪聲（船艏、船艉）

24、、船上循環系統進水口和排水口的輻射噪聲。 2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性（3 3）水動力噪聲）水動力噪聲2 2、艦船輻射噪聲源及其特性、艦船輻射噪聲源及其特性nwIkv式中，k為常數，v是航速，n是與航船水下線形等因素有關的一個量。 常識：常識：一般情況，艦船水動力噪聲小于機械噪聲和螺旋槳噪聲一般情況，艦船水動力噪聲小于機械噪聲和螺旋槳噪聲。 根據布洛欣采夫理論，水動力噪聲強度主要與航速有關： （1 1）輻射噪聲源強度）輻射噪聲源強度n 艦艇主要噪聲源是機械噪聲和螺旋槳噪聲，二者貢獻的大小取決于頻率、航速和航深。 3 3、輻射噪聲源概述、輻射噪聲源概述（1 1）輻射噪聲

25、源強度）輻射噪聲源強度n 在航速一定情況下，由于靜壓力作用，螺旋槳噪聲隨深度增加而減?。辉谏疃纫欢〞r，則隨航速增加而增加；n 對于給定的航速和航深，存在一個臨界頻率，低于此頻率時，譜的主要成分是機械和螺旋槳的線譜；高于此頻率時，譜主要成分是螺旋槳空化連續譜。3 3、輻射噪聲源概述、輻射噪聲源概述常識：通常艦艇的臨界頻率為常識：通常艦艇的臨界頻率為100Hz1000Hz100Hz1000Hz，取決于船的種，取決于船的種類、航速和航深。魚雷的臨界頻率比較高（機械速度高）。類、航速和航深。魚雷的臨界頻率比較高（機械速度高）。 （2 2）艦船輻射噪聲的指向性）艦船輻射噪聲的指向性n 艦船水平指向性不均

26、勻，船艏和船艉方向比正橫方向輻射的噪聲小，是船體的遮擋和尾流屏蔽所造成。3 3、輻射噪聲源概述、輻射噪聲源概述（3 3）艦船輻射噪聲沿船長的分布）艦船輻射噪聲沿船長的分布n 航速不大時，船中部有極大值，主機等產生的機械噪聲；n 隨著航速的增加，艉部出現第二個極大值，螺旋槳噪聲；n 航速繼續增加，艏部出現極大值，艏部擊浪和繞流水動力噪聲。3 3、輻射噪聲源概述、輻射噪聲源概述（4 4）艦船輻射噪聲的通過特性）艦船輻射噪聲的通過特性n 艦船輻射噪聲通過特性：是艦船沿一定航向通過無方向水聽器時，輻射噪聲的變化特性。3 3、輻射噪聲源概述、輻射噪聲源概述（4 4）艦船輻射噪聲的通過特性）艦船輻射噪聲的

27、通過特性n 水聽器接收的聲壓幅值：n 艦船在正橫距離上的聲壓級為P0，艦船在正橫距離上與水聽器間的距離為r0，系數 。n 艦船輻射噪聲通過特性對水中兵器聲引信設計具有重要意義。3 3、輻射噪聲源概述、輻射噪聲源概述00rrPPr1.31.7n 艦船、潛艇和魚雷輻射噪聲信息被列為高級機密；n 目前公開的數據是二次世界大戰期間的艦船輻射噪聲水平，現代艦船輻射噪聲水平明顯低于教材所列的數據；n 艦船、潛艇和魚雷輻射噪聲級隨航速變化規律具有普遍性。 4 4、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級4 4、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級4 4、艦船、潛艇、魚雷輻射噪

28、聲級、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級4 4、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級4 4、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級4 4、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級4 4、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級4 4、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級4 4、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級、艦船、潛艇、魚雷輻射噪聲級測量方法：測量方法： 讓被測船航行通過遠處的測量水聽器來實現測量。布放方式：布放方式：n 固定式（岸站）：在合適海區布放水聽器陣，并用電纜和岸上測試中心連接；n 活動式：測量設施安裝在測量船上，在

29、預定的測量海區，測量船雙錨定位，并布設測量水聽器陣。5 5、輻射噪聲的測量、輻射噪聲的測量水聽器陣形式：水聽器陣形式：n 潛艇和魚雷深海（大于60米）、垂直陣；n 水面艦船淺海（大于30米）、水平陣。 5 5、輻射噪聲的測量、輻射噪聲的測量寬帶噪聲級與單位帶寬譜級：寬帶噪聲級與單位帶寬譜級： 輻射噪聲通常以1Hz帶寬內譜級表示，但對于測量儀器設備有一定工作帶寬為W，該帶寬內噪聲級為BL，則1Hz帶寬內的譜級為： BL0=BL-10lgW 5 5、輻射噪聲的測量、輻射噪聲的測量注意：注意：上述噪聲為白噪聲，如果被測帶寬內有線譜噪聲，則歸算上述噪聲為白噪聲，如果被測帶寬內有線譜噪聲，則歸算方法不再

30、適用。方法不再適用。5 5、輻射噪聲的測量、輻射噪聲的測量n 通常測量是在遠場，一般按照球面波擴展規律進行修正，歸算到離聲源聲中心1米處；n 距離修正：需要精確知道水聽器與被測艦船之間的距離，水上目標用六分儀、激光測距儀或雷達測距，而水下目標測試一般采用同步鐘測距裝置（主動聲納）；n 測量海域：選擇“安靜”海域；n 艦船輻射噪聲測量是一項專門測量技術，隨著潛艇隱身技術水平的提高，對測試技術和設備提出更高的要求。5 5、輻射噪聲的測量、輻射噪聲的測量澳大利亞安靜潛艇輻射噪聲測量系統澳大利亞安靜潛艇輻射噪聲測量系統SAURSAUR 5 5、輻射噪聲的測量、輻射噪聲的測量美國潛艇輻射噪聲測量系統（高

31、增益系統）美國潛艇輻射噪聲測量系統（高增益系統）5 5、輻射噪聲的測量、輻射噪聲的測量美國潛艇輻射噪聲測量系統美國潛艇輻射噪聲測量系統5 5、輻射噪聲的測量、輻射噪聲的測量美國美國PSIPSI潛艇輻射噪聲測量系統潛艇輻射噪聲測量系統(PVLAMS(PVLAMS垂直陣垂直陣) )艦船、潛艇和魚雷的自噪聲：艦船、潛艇和魚雷的自噪聲：是本艦聲吶或魚雷制導系統的一種特殊干擾背景，在聲吶方程中表現為背景干擾噪聲，是艦船、潛艇和魚雷上的各種聲源產生的。自噪聲與輻射噪聲區別：自噪聲與輻射噪聲區別：（1 1）相同點：）相同點：聲源基本相同；（2 2）不同點：）不同點：n 在聲吶方程中的作用不一樣，輻射噪聲為S

32、L，自噪聲為NL；n 自噪聲的傳播路徑復雜，而且可變；n 自噪聲為近場噪聲，輻射噪聲為遠場噪聲，兩者性質和特性不同。噪聲源：噪聲源：n 機械噪聲、螺旋槳噪聲和水動力噪聲。n 水動力噪聲，特別是流噪聲，對聲吶設備影響是十分嚴重。1 1、艦船自噪聲、艦船自噪聲源及源及其一般特征其一般特征1 1、艦船自噪聲、艦船自噪聲源及源及其一般特征其一般特征（1 1）機械噪聲和螺旋槳噪聲）機械噪聲和螺旋槳噪聲 它們是自噪聲的主要聲源。n 機械噪聲：機械噪聲：是噪聲低頻段的單頻分量，在低速航行時，艦船的輔機是主要的自噪聲源，與航速幾乎無關。n 螺旋槳噪聲：螺旋槳噪聲：在高航速、高頻/淺海和艇尾方向，它才是主要自噪

33、聲源。（2 2）水動力噪聲）水動力噪聲產生機理：產生機理：n 水流流經水聽器、水聽器支架座和船體外部結構所形成的噪聲，如湍流附面層水聽器上產生湍流壓力、流激殼體振動、空化和渦流輻射噪聲；噪聲源距水聽器近、隨速度的增長快；n 海水波浪沖擊船身產生噪聲，船艏聲吶的主要干擾背景；n 航行中水聽器與水的摩擦及撞擊產生的噪聲，通過安裝流線型導流罩降低水流的直接撞擊和防止空化噪聲的產生。1 1、艦船自噪聲源及其一般特征、艦船自噪聲源及其一般特征1 1、艦船自噪聲源及其一般特征、艦船自噪聲源及其一般特征（2 2）水動力噪聲）水動力噪聲流噪聲（一種特殊的水動力噪聲）：流噪聲（一種特殊的水動力噪聲）：n 流噪聲

34、是由水聽器附近的湍流附面層中的湍流，作用在水聽器表面上的壓力形成的。1 1、艦船自噪聲源及其一般特征、艦船自噪聲源及其一般特征流噪聲特性：流噪聲特性：n 流噪聲譜：低頻段平坦，高頻段以-9dB/oct的斜率下降，功率譜過渡頻率為：n 流噪聲隨自由流速的變化：在頻率低于過渡頻率時，流噪聲譜級和自由流速u0的三次方成正比；在頻率高于過渡頻率時，流噪聲譜級和自由流速u0的六次方成正比。1 1、艦船自噪聲源及其一般特征、艦船自噪聲源及其一般特征00fu（3 3）自噪聲隨航速的變化及指向性）自噪聲隨航速的變化及指向性 n 艦船自噪聲與航速密切相關；n 在低頻，機械噪聲是主要噪聲源；在高頻，水動力噪聲和螺

35、旋槳噪聲是主要噪聲源。 1 1、艦船自噪聲源及其一般特征、艦船自噪聲源及其一般特征（3 3）自噪聲隨航速的變化及指向性）自噪聲隨航速的變化及指向性 n 由于自噪聲源空間分布及近場特性，自噪聲具有明顯指向性；n 自噪聲在艏部較大范圍內比較均勻，在艉部方向最大。1 1、艦船自噪聲源及其一般特征、艦船自噪聲源及其一般特征 自噪聲是近場噪聲，傳播路徑復雜而多變。船殼傳遞、水中直接繞射路徑、散射體反射、海底和海面的反射等可能路徑。2 2、自噪聲的傳播途徑、自噪聲的傳播途徑n 大型驅逐艦和小型快艇在25kHz的等效各向同性自噪聲級隨航速的變化曲線。 3 3、艦船自噪聲級、艦船自噪聲級n 潛艇自噪聲級頻譜曲

36、線以及隨航速的變化。 3 3、艦船自噪聲級、艦船自噪聲級4 4、艦船自噪聲測量、艦船自噪聲測量 由于自噪聲的聲源眾多、路徑復雜多變、測量點離聲源很近、聲場不穩定等，因此準確測量自噪聲比較困難。測量結果與水聽器安裝位置、安裝方式及其指向性有關。 為使用上的方便，引入等效各向同性自噪聲級：用無指向性水聽器測量結果表示艦船自噪聲級。 設指向性水聽器測得聲級為 ，則等效各向同性自噪聲級NL：NLNLNLDI注意：兩種水聽器的靈敏度相等。注意：兩種水聽器的靈敏度相等。 降低艦船噪聲，一方面提高艦船自身的隱蔽性隱蔽性，另一方面提高艦載聲吶的作用距離作用距離，從而可以提高艦船的對抗能力對抗能力。 按照控制對

37、象的不同，可分為：（1 1）主動噪聲控制）主動噪聲控制（Active noise control）聲源，是控制和降低艦船噪聲最根本/最積極方法；措施改進機械設計、采用合理的機械結構、改革工藝和操作方法、提高加工精度和裝配質量等。（2 2）被動噪聲控制）被動噪聲控制（Passive noise control）傳播途徑，措施采取阻尼、隔振或減振的辦法、采取吸聲結構、對螺旋槳噪聲采用屏蔽罩等。 1 1、艦船噪聲控制方法分類、艦船噪聲控制方法分類常規艦艇主要源：常規艦艇主要源：主機（柴油機、汽輪機、燃氣輪機、推進電機等）、輔機（電機、各種泵及空調系統等）；核動力潛艇主要源：核動力潛艇主要源：齒輪變速

38、箱、循環水泵等?？刂拼胧嚎刂拼胧海?）設計合理的機械結構；（2）改善機械的工作狀態；（3）避免結構共振；（4）完善機械制造工藝，提高加工精度；（5）提高安裝精度，嚴格操作規程，注意維護保養；（6）采用浮筏技術。2 2、機械噪聲控制、機械噪聲控制2 2、機械噪聲控制、機械噪聲控制 控制螺旋槳空化最根本辦法是避免或推遲空化現象。采取措施：（1）采用正反螺旋槳，減小尾流的旋轉，降低水動力噪聲；（2）增大螺旋槳盤面比，減小負荷強度；增大螺旋槳直徑，減低螺旋槳轉速，使負壓區推遲出現或壓差變小，推遲空化產生；（3）增加螺旋槳葉片數，使水趨于均勻，負壓減小，推遲空化產生；（4）螺旋槳葉片上打孔，改變螺旋

39、槳的幾何參數；（5）使船尾有良好線型，改善葉片上力、速度分布，推遲空化產生；（6）提高螺旋槳加工精度。 控制螺旋槳唱音辦法是增加槳葉阻尼，減小振動或改變螺旋槳固有頻率，避免共振；采用高阻尼合金材料制造，消除螺旋槳產生唱音。 3 3、螺旋槳噪聲控制、螺旋槳噪聲控制 控制水動力噪聲的措施：（1）改進艦船船體線型；保持水面艦船船體光滑，潛艇長寬比78，艇外形呈水滴形、拉長水滴形；（2）減少艇體上不必要的開孔和突出物；（3）將艇體尾部與螺旋槳設計同軸的回轉體，推遲空化產生。 為減小水動力噪聲，一般聲吶安裝在流線型導流罩內，導流罩用橡膠制作，并用鋼板加固。設計要求：透聲性能要好，有足夠機械強度，良好的流

40、線型。4 4、水動力噪聲控制、水動力噪聲控制n 艦船輻射噪聲頻率范圍：10Hz500Hz（考慮聲傳播）；n 航船噪聲對環境噪聲貢獻的范圍：10km100km；更遠距離航船對環境噪聲的貢獻可忽略；近距離航船不宜計入環境噪聲，是被動檢測和識別問題。1 1、航船噪聲影響范圍、航船噪聲影響范圍n 航船噪聲是不同地理位置上的所有船只輻射噪聲的疊加；n 航船噪聲模型是理想條件下的統計平均結果；n 航船噪聲理論建模三要素：航船噪聲聲源級；航船密度；聲傳播損失。2 2、航船噪聲理論建模要素、航船噪聲理論建模要素（1 1）航船噪聲源級模型）航船噪聲源級模型ROSSROSS模型：模型：n 根據二次大戰期間測量大型

41、貨船的源級數據得到用螺旋槳葉端速v度和尺度B表示的經驗公式：2 2、航船噪聲理論建模要素、航船噪聲理論建模要素17560lg2510lg4LvB（1 1）航船噪聲源級模型）航船噪聲源級模型n 1985年，Scrimger和Heitmeyer測量貨船得到航船噪聲源級：（1 1）航船噪聲源級模型）航船噪聲源級模型RANDI-2RANDI-2模型：模型：n 單艘貨船的平均聲源級與航速v（節）、船長L（呎）和頻率f（Hz）的關系公式：n Sv(f)為航船噪聲源級平均曲線。2 2、航船噪聲理論建模要素、航船噪聲理論建模要素 60lg1220lg300SLSv fvL（1 1）航船噪聲源級模型）航船噪聲源

42、級模型RANDI-2RANDI-2模型：模型：n 軍艦的聲源級與船速v（節）、排水量T（噸）、距離D（碼）和頻率f（kHz）的關系公式：n與客船、軍艦和運輸船在5kHz頻率上的測量值相符，不適用貨船和油輪。2 2、航船噪聲理論建模要素、航船噪聲理論建模要素 60lg9lg20lg20lg35SLvTfD（2 2）航船密度）航船密度n 航船密度數據可通過航測得到；n 航船密度還可通過船只航行模型計算得到。（3 3）傳播損失）傳播損失n 根據現場條件，選擇合適的計算方法；n 常用方法：射線方法、簡正波方法、拋物方程等。2 2、航船噪聲理論建模要素、航船噪聲理論建模要素n 假設感興趣區域內，有M條航

43、線，在第i條航線上平均有Ni艘船舶航行，其中第j艘航船距接收器距離dij，其聲源級為NLij，則在接收器處的聲級為NLij-TLij；n M條航線上所有航船對接收器處環境噪聲的總貢獻：3 3、航船噪聲理論模型、航船噪聲理論模型0.11110lg10iijijNMNLTLijNLn 近20年來航船噪聲平均譜：4 4、航船噪聲的實測平均譜級、航船噪聲的實測平均譜級5 5、航船噪聲的空間指向性模型、航船噪聲的空間指向性模型（1 1）RANDI-2RANDI-2模型模型n 航船噪聲空間指向性取決于航船的數量和它們相對于接收器的距離和方位、聲傳播損失及它隨距離、方位的變化等因素；n RANDI-2模型的

44、航船噪聲水平指向性： 0.1110lg10sssssnSLTL rsH，5 5、航船噪聲的空間指向性模型、航船噪聲的空間指向性模型（2 2）波束噪聲的指向性模型）波束噪聲的指向性模型n 波束噪聲是指陣列接收器所接收到的噪聲；n 實質是接收陣列的波束與各噪聲源的卷積；n 利用每個陣元的復數聲壓輸出可以得到任意形狀陣的輸出，然后對所有船只求和，就可以得到噪聲場的指向性。n 風成噪聲是分布于海表面大量噪聲源輻射噪聲在接收點疊加；n 風成噪聲建模研究歸結為聲源特性和聲傳播特性研究；n 噪聲源特性主要是指噪聲源類型及其強度，而海面噪聲源的強度是風速和頻率等參數的函數；n 聲傳播特性是研究平面分布噪聲源產

45、生的聲波在非均勻海水介質中的傳播特性。1 1、風成噪聲聲源級模型、風成噪聲聲源級模型 風成噪聲聲源級是單位海面產生的噪聲源級，它取決于風速與頻率，與位置無關。（1 1）WilsonWilson風成噪聲源級模型風成噪聲源級模型n Wilson模型使用頻率501000Hz，風速1030節。偶極子源條件下的風成噪聲源級模型： SL fvcR v S f， 61 24.1562 100.03537cS ff1 1、風成噪聲聲源級模型、風成噪聲聲源級模型n 白帽指數是指海表面被“白帽”覆蓋的百分比：n 單極子源情況下的風成噪聲源級模型： 321.50091749.681.00 1.54.32930303

46、030vR vvvvvRvv 22mSLSL fvkz，1 1、風成噪聲聲源級模型、風成噪聲聲源級模型（2 2）Kuperman/FerlaKuperman/Ferla源級模型源級模型n 由實測環境噪聲級，通過傳播損失修正得到源級。2 2、風成噪聲指向性理論模型、風成噪聲指向性理論模型（1 1）Cron/ShermanCron/Sherman（C/SC/S）模型）模型n 假設噪聲源分布在海面層中，噪聲源具有cosm形式的輻射指向性，模型僅考慮直線傳播，垂直相關函數： 2212sin2 cos12cossinilmCkdkdkdkdjkdkdkdkd 23423424sin12cos24sin24 cos14cos3sin6cos6sinilmCkdkdkdk