[科普中国]-自噪声

自噪声是指装在舰艇、声呐浮标和其他各种船只上的水听器不可避免地会接收到由于这些装载体以及声呐设备本身所产生的噪声。

简介自噪声是指装在舰艇、声呐浮标和其他各种船只上的水听器不可避免地会接收到由于这些装载体以及声呐设备本身所产生的噪声。它与水听器的指向性、安装方式及其在船上的位置关系很大。它是舰用声呐的一个重要干扰背景，降低自噪声是提高声呐作用距离的途径之一。自噪声可分为本舰噪声和设备噪声两类。一般本舰噪声比设备噪声严重得多1。

声呐声呐是利用声波在水中的传播特性，探测海洋中目标的方向、位置和特征的设备。在船舶航行状态，为了避免水流对声呐基阵的冲击，减小湍流和抑制空化，不使基阵受到“伪声”的直接干扰，通常在声呐基阵外面配置具有良好水动力性能的外罩，称为声呐罩。声呐工作时所受到的声干扰，是声呐罩内的自噪声，降低自噪声级，可以提高声呐检测信号的能力，增大声呐的工作距离2。

自噪声特征及其预报方法研究理论及试验研究表明：高航叇和高频段，艏部声呐自噪声以水动力噪声分量为主，低航速和低颗段，自噪声以机横噪声和螺旋桨噪声分量为主，三种噪声对自操声影响的程度以及航速和叛率范围，取决于船舶的类型、吨位、外形和结构设计、设备布置以及声呐罩位置等诸多因素。自噪声的预报除了定量地佑算自噪声的量毁大小以外，还有深一层的意义，就是通过预报掌不同噪声源对自噪声贡献的大小，确定控制自噪声的措施及其量化的技术指标。

将声呐部位自噪声机械分量的预报定位方法定位在利用实艇单机自噪声测量数据的分析处理之上，用潜艋钒械设备船体基座处1/30振动加速度谱级和实艇单机自噪声测量值，利用最小二乘法，导出机械振动至声呐部位自噪声的传递函数，利用此传递函数进行声呐部位自噪声机械分量的预报。从研究的可行性和工程实用性角度看，传递函数法是较为实用的方法。

预报旋桨直接产生的辐射噪声及螺旋桨激艇体并通过轴系传递至艇体的振动是十分困难的，而且难以测量和验证。实际上螺旋桨激励艇体传递振动的同时，艇体也会产生辐射噪声，对声呐平台区自噪声产生影响，这更增加了问题的复杂性。为了使声呐部位自噪声螺旋桨分量的预报变得可行，通过澘艇艉部墚旋桨自噪来推算声呐部位自噪声螺旋桨分量。

声呐罩内水动力噪声的预报是一个流体、结构和声场相互作用的问题。流体运动产生的端流脉动压力作用在弹性结构上，弹性结构产生振动，其作用就像一个转换效率较高的换能装置，将水动力能量有效地转换为声能，在声呐罩内外形成声场，声场又反作用于结构，使结构和声场相互合。因为湍流脉动压力是随机的物理参数，在它的作用下声呐罩结构振动和辐射声场都是随机物理量，所以在建立声呐自噪声预报的数学模型时，需要采用统计分析方法。艏部声呐和舷侧阵声呐自噪声的预报方法包括弹性平板一矩形腔模型、半解析半试验方法、统计能量法和波数法。考虑到水中物体低速运动时，边界层湍流脉动压力的直接声辐射也可以忽略不计。因此，声呐自噪声的预报，基本上以罩壁结构受湍流脉动压力激励产生的噪声为主。实际上，通过声呐自噪声的水动力分量的计算以及计算结果与实船测试数据的比较，也可以评估声呐自噪声中机械分量和螺旋浆分量的作用2。

自噪声控制技术研究卢呐自噪声具有多声源特征，其控制应该多个方面综合考虑，才能实现最佳整体声学效果。通过一些总体布置方面的措施，渚如声呐基阵附近不布放或尽量少布放设备、选用振动和空气嗓声小的设备、设备采用弹性安装和壁隔声安装、罩内设置隔声和吸声障板等，可以比较容易地控制机械噪声对声呐自噪声的影响。声呐自噪声的控制技术，内容包括舰部声呐罩线形的低噪声设计方法、声呐罩结构和材料的低噪声设计技术、舷侧阵柔性涂复层技术以及水下声障板设计技术。

水面舰艇球鼻艏声呐罩和潜艇艏部庐呐罩，其表面流动处于层流向湍流变化的雷诺数范围内，也是主要舰载声呐的安装部位，有可能也有必要进行低噪声线型设计。声呐罩设计的基本要求就是首先保证其有足够的动态和静态强度，为了平衡声呐罩的强度、透声以及噪声性能，声呐罩较多地采用蒋壳加肋结构形式。

选合适的声呐罩结构和材料的目的，是为了降低罩壁结构在水动力随机力激励下的动态响应，减小水动力能量通过壳壁振动向声能转化的效率。而隔离机楲噪声和螺旋桨噪声通过水介质传递到声呐罩内的隔声技术，则是基于“阻抗失配”原理，在声呐单非透声界面或者噪声的传播途径上设置，其声阻抗与水的特征阻抗相差很大的，并且具有一定阻尼的隔声或反声障板声呐降低噪声设计，主要是针对水动力噪声的控制技术，要降低机械噪声和螺旋桨噪声的影响，则需要采取新的措施。这些措施可以概括为：声呐罩内部非透声界面上布置吸声材料或吸声结构、敷设阻尼材料、设置反声或隔声障板3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学