课题进度23-舰船辐射噪声仿真

舰船辐射噪声仿真

1. 理想舰船辐射噪声仿真原理

图1 舰船辐射噪声仿真流程

辐射噪声主要是由宽带连续谱、包络调制信号和线谱叠加组成。仿真模型可表示为：

$$S ( t ) = [ 1 + M ( t ) ] s_{c} ( t ) + s_{l} ( t )$$

其中，$s_c(t)$为仿真辐射噪声中的连续谱分量，$M(t)$为调制信息，二者构成辐射噪声数据中的调制谱分量，$s_l(t)为线谱分量$。

2. 仿真参数

船型	A	b
排水量/t	20000	5000
航速/v(m/s)	7	5
叶片数/片	4	3
线谱数量	5	5
经验线谱/Hz	[280, 481, 740, 800, 920]	[320, 455, 560, 730, 890]

3. 仿真结果

图2 船型A辐射噪声时域波形

图3 船型A辐射噪声频谱图

图4 船型B辐射噪声时域波形

图5 船型B辐射噪声频谱图

从图3和图5的频谱图中可以看出，在500Hz之前幅度呈上升趋势，在500Hz之后幅度随之下降。

这是因为在前半段，离散线谱（轴频、叶频谐波及机械噪声）主要集中在中低频。频率越高，机械设备振动模态越丰富、与船壳耦合效率越高，能量随频率累积上升。这段主要由机械噪声和螺旋桨直接辐射贡献。

在下降段，

螺旋桨空化噪声是连续谱的主要来源。空化气泡的固有频率与气泡半径成反比（f ∝ 1/R），而气泡能量 ∝ R³。统计分布下，大气泡（低频）数量少但单泡能量大，小气泡（高频）数量多但单泡能量小——综合效果是高频能量以 ≈ –6 dB/oct 衰减。这是经典水声学中的经验规律（Ross 模型）。

航速越高 → 空化越剧烈 → 大气泡占比越大 → 谱峰向低频移动。船型 A（12 kn）fn=400 Hz，船型 B（9.7 kn）fn=514 Hz，低速船的谱峰更靠右。