CN103616227A - 管路消声器降噪效果评估装置及评定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种管路消声器降噪效果评估装置及评定方法，装置包括计算机系统、数据采集系统、水听器、水箱、信号发生器、动力源。利用评估装置中的四个水听器得到四个噪声信号，通过对四个噪声信号的分析，得到评估量TL；利用评估装置中振动测点和压力测点测量得到待测管路消声器两端边界阻抗，并且通过调整评估装置实现待测管路消声器两端边界阻抗与实际水下热动力航行器的海水泵边界阻抗匹配，这样使得评估效果更具说服力，与实际运行环境更一致。

Description

管路消声器降噪效果评估装置及评定方法

技术领域

本发明涉及管路消声器降噪技术领域，具体为一种管路消声器降噪效果评估装置及评定方法。

背景技术

水下热动力航行器的三大标志性技术是隐身技术、制导技术和动力技术。隐身技术决定发射平台的生存性和水下热动力航行器的攻击效果。目前，水下发现热动力航行器只能通过水声场探测其辐射噪声。因此，为了提高水下热动力航行器的隐身能力，必须降低水下热动力航行器的辐射噪声。

通过对水下热动力航行器的水池水下热车试验数据分析发现，水下热动力航行器流体通路，特别是海水通路对辐射噪声有很大贡献，为了降低辐射噪声，必须做好流体通路噪声控制工作。然而，评定降噪措施的实施效果是科研与应用的关键一步，目前缺少这种降噪效果的评定设施和方法，诸多措施无法完全实现实雷环境的评估，因此，如何在试验台架上实现水下热动力航行器应用效果的精确评估成为水下热动力航行器降噪措施应用的关键步骤。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种管路消声器降噪效果评估装置及评定方法，可根据水下热动力航行器航行时的不同工况条件，评估动力消声器的降噪效果。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种管路消声器降噪效果评估装置，其特征在于：包括计算机系统、数据采集系统、水听器、水箱、信号发生器、动力源；水箱通过连接管路依次连接待测消声器、信号发生器、动力源，其中待测消声器与信号发生器之间采用直管道连接；在待测消声器出口和入口分别安装有振动测点和压力测点，振动测点和压力测点的测量数据通过数据采集系统输入计算机系统；在待测消声器出口和入口分别布置有两个水听器，水听器的测量数据通过数据采集系统输入计算机系统；布置水听器的管道为同轴的直管道。

所述一种管路消声器降噪效果评定方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：利用评估装置中的四个水听器得到四个噪声信号P1、P2、P3、P4，其中P1、P2为待测消声器出口一侧的两个水听器测量的噪声信号，计算四个噪声信号的自谱G_rr，r=1、2、3、4，以及四个噪声信号的互谱H_ir,r=1、2、3、4,i=1、2、3、4,i≠r；

步骤2：对于待测消声器出口一侧的两个水听器测量的噪声信号P1、P2，采用以下公式：

$A_1=\sqrt{G_{11}}\frac{j(H_{21}{e}^{\mathrm{jk}{x}_2}-H_{12}{e}^{\mathrm{jk}{x}_1})}{2\sin k(x_1-x_2)},B_1=\sqrt{G_{11}}\frac{j(H_{12}{e}^{\mathrm{jk}{x}_1}-H_{21}{e}^{\mathrm{jk}{x}_2})}{2\sin k(x_1-x_2)}$

$A_2=\sqrt{G_{22}}\frac{j(H_{21}{e}^{\mathrm{jk}{x}_2}-H_{12}{e}^{\mathrm{jk}{x}_1})}{2\sin k(x_1-x_2)},B_2=\sqrt{G_{22}}\frac{j(H_{12}{e}^{\mathrm{jk}{x}_1}-H_{21}{e}^{\mathrm{jk}{x}_2})}{2\sin k(x_1-x_2)}$

得到A₁、B₁、A₂、B₂；对于待测消声器入口一侧的两个水听器测量的噪声信号P3、P4，采用以下公式：

$C_3=\sqrt{G_{33}}\frac{j(H_{43}{e}^{\mathrm{jk}{x}_4}-H_{34}{e}^{\mathrm{jk}{x}_3})}{2\sin k(x_3-x_4)},D_3=\sqrt{G_{33}}\frac{j(H_{34}{e}^{\mathrm{jk}{x}_3}-H_{43}{e}^{\mathrm{jk}{x}_4})}{2\sin k(x_3-x_4)}$

$C_4=\sqrt{G_{44}}\frac{j(H_{43}{e}^{\mathrm{jk}{x}_4}-H_{34}{e}^{\mathrm{jk}{x}_3})}{2\sin k(x_3-x_4)},D_4=\sqrt{G_{44}}\frac{j(H_{34}{e}^{\mathrm{jk}{x}_3}-H_{43}{e}^{\mathrm{jk}{x}_4})}{2\sin k(x_3-x_4)}$

得到C₃、D₃、C₄、D₄；其中j为虚数符号，k为管内流动介质波数，x₁、x₂、x₃、x₄依次为噪声信号P1、P2、P3、P4对应的四个水听器到信号发生器的直线距离；

步骤3：根据步骤2的结果，按照公式

$P_{1|x=0}=A_1+B_1,V_{1|x=0}\frac{A_1-B_1}{{\mathrm{\ρ}}_{0}c}{A}_1+B_1$

$P_{2|x=0}=A_2+B_2,V_{2|x=0}=\frac{A_2-B_2}{{\mathrm{\ρ}}_{0}c}{A}_2+B_2$

得到消声器出口处声压P_1|x＝0、P_2|x＝0和质点振速V_1|x＝0、V_2|x＝0，其中ρ₀为管内流动介质密度，c为管内流动介质流速；按照公式

$P_{1|x=d}=C_3{e}^{-\mathrm{jkd}}+D_3{e}^{\mathrm{jkd}},V_{1|x=d}=C_3{e}^{-\mathrm{jkd}}-D_3{e}^{\mathrm{jkd}}$

$P_{2|x=d}=C_4{e}^{-\mathrm{jkd}}+D_4{e}^{\mathrm{jkd}},V_{2|x=d}=C_4{e}^{-\mathrm{jkd}}-D_4{e}^{\mathrm{jkd}}$

得到消声器入口处声压P_1|x＝d、P_2|x＝d和质点振速V_1|x＝d、V_2|x＝d，其中d表示待测消声器两侧水听器的最远距离；

步骤4：根据步骤3的结果，按照公式

$\left[\begin{array}{cc}{T}_{11}& T_{12}\\ T_{21}& T_{22}\end{array}\right]=\frac{1}{P_{1|x=d}{V}_{2|x=d}-P_{2|x=d}{V}_{1|x=d}}\left[\begin{array}{cc}{P}_{1|x=0}{V}_{2|x=d}-P_{2|x=0}{V}_{1|x=d}& -P_{1|x=0}{P}_{2|x=d}+P_{2|x=0}{P}_{1|x=d}\\ V_{1|x=0}{V}_{2|x=d}-V_{2|x=0}{V}_{1|x=d}& -P_{2|x=d}{V}_{1|x=0}+P_{1|x=d}{V}_{2|x=0}\end{array}\right]$

$T_a=\frac{2e^{\mathrm{jkd}}}{T_{11}+\frac{T_{12}}{{\mathrm{\ρ}}_{0}c}+{\mathrm{\ρ}}_{0}c{T}_{21}+T_{22}}$

$\mathrm{TL}=10\log \frac{1}{{\left|T_a\right|}^2}$

得到评估量TL。

所述一种管路消声器降噪效果评定方法，其特征在于：在测量噪声信号之前，通过振动测点和压力测点测量得到待测管路消声器两端边界阻抗，并且通过调整评估装置实现待测管路消声器两端边界阻抗与实际水下热动力航行器的海水泵边界阻抗匹配。

有益效果

本发明的管路消声器降噪效果评估装置通过动力源实现液路循环，信号发生器产生信号，经过扬声器模拟外界声源，通过四个水听器测试消声器两端水动力噪声，通过对噪声信号进行分析，评估待测消声器的降噪效果，提供了评定降噪措施实施效果的评定设施和方法。

附图说明

图1：评估装置原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

参照附图1，本实施例中的管路消声器降噪效果评估装置包括计算机系统、数据采集系统、水听器、水箱、信号发生器、齿轮泵。齿轮泵作为动力源，实现液路循环，信号发生器产生信号，经过扬声器模拟外界声源。

水箱通过连接管路依次连接待测消声器、信号发生器、齿轮泵，其中待测消声器与信号发生器之间采用直管道连接。在待测消声器出口和入口分别安装有振动测点和压力测点，振动测点和压力测点的测量数据通过数据采集系统输入计算机系统；在待测消声器出口和入口分别布置有两个水听器，水听器的测量数据通过数据采集系统输入计算机系统；布置水听器的管道为同轴的直管道。

振动测点和压力测点用于测量得到待测管路消声器两端边界阻抗，以实现待测管路消声器两端边界阻抗与实际水下热动力航行器的海水泵边界阻抗匹配。总共四个水听器测试待测消声器两端水动力噪声，以评估待测消声器的降噪效果。

管路消声器降噪效果评定方法采用以下步骤：

步骤1：利用评估装置中的四个水听器得到四个噪声信号P1、P2、P3、P4，其中P1、P2为待测消声器出口一侧的两个水听器测量的噪声信号，计算四个噪声信号的自谱G_rr，r=1、2、3、4，以及四个噪声信号的互谱H_ir,r=1、2、3、4,i=1、2、3、4,i≠r；

步骤2：对于待测消声器出口一侧的两个水听器测量的噪声信号P1、P2，采用以下公式：

$A_1=\sqrt{G_{11}}\frac{j(H_{21}{e}^{\mathrm{jk}{x}_2}-H_{12}{e}^{\mathrm{jk}{x}_1})}{2\sin k(x_1-x_2)},B_1=\sqrt{G_{11}}\frac{j(H_{12}{e}^{\mathrm{jk}{x}_1}-H_{21}{e}^{\mathrm{jk}{x}_2})}{2\sin k(x_1-x_2)}$

$A_2=\sqrt{G_{22}}\frac{j(H_{21}{e}^{\mathrm{jk}{x}_2}-H_{12}{e}^{\mathrm{jk}{x}_1})}{2\sin k(x_1-x_2)},B_2=\sqrt{G_{22}}\frac{j(H_{12}{e}^{\mathrm{jk}{x}_1}-H_{21}{e}^{\mathrm{jk}{x}_2})}{2\sin k(x_1-x_2)}$

得到A₁、B₁、A₂、B₂；对于待测消声器入口一侧的两个水听器测量的噪声信号P3、P4，采用以下公式：

$C_3=\sqrt{G_{33}}\frac{j(H_{43}{e}^{\mathrm{jk}{x}_4}-H_{34}{e}^{\mathrm{jk}{x}_3})}{2\sin k(x_3-x_4)},D_3=\sqrt{G_{33}}\frac{j(H_{34}{e}^{\mathrm{jk}{x}_3}-H_{43}{e}^{\mathrm{jk}{x}_4})}{2\sin k(x_3-x_4)}$

$C_4=\sqrt{G_{44}}\frac{j(H_{43}{e}^{\mathrm{jk}{x}_4}-H_{34}{e}^{\mathrm{jk}{x}_3})}{2\sin k(x_3-x_4)},D_4=\sqrt{G_{44}}\frac{j(H_{34}{e}^{\mathrm{jk}{x}_3}-H_{43}{e}^{\mathrm{jk}{x}_4})}{2\sin k(x_3-x_4)}$

得到C₃、D₃、C₄、D₄；其中j为虚数符号，k为管内流动介质波数，x₁、x₂、x₃、x₄依次为噪声信号P1、P2、P3、P4对应的四个水听器到信号发生器的直线距离；

步骤3：根据步骤2的结果，按照公式

$P_{1|x=0}=A_1+B_1,V_{1|x=0}\frac{A_1-B_1}{{\mathrm{\ρ}}_{0}c}{A}_1+B_1$

$P_{2|x=0}=A_2+B_2,V_{2|x=0}=\frac{A_2-B_2}{{\mathrm{\ρ}}_{0}c}{A}_2+B_2$

得到消声器出口处声压P_|x＝0、P_2|x＝0和质点振速V_1|x＝0、V_2|x＝0，其中ρ₀为管内流动介质密度，c为管内流动介质流速；按照公式

$P_{1|x=d}=C_3{e}^{-\mathrm{jkd}}+D_3{e}^{\mathrm{jkd}},V_{1|x=d}=C_3{e}^{-\mathrm{jkd}}-D_3{e}^{\mathrm{jkd}}$

$P_{2|x=d}=C_4{e}^{-\mathrm{jkd}}+D_4{e}^{\mathrm{jkd}},V_{2|x=d}=C_4{e}^{-\mathrm{jkd}}-D_4{e}^{\mathrm{jkd}}$

得到消声器入口处声压P_1|x＝d、P_2|x＝d和质点振速V_1|x＝d、V_2|x＝d，其中d表示待测消声器两侧水听器的最远距离；

步骤4：根据步骤3的结果，按照公式

$\left[\begin{array}{cc}{T}_{11}& T_{12}\\ T_{21}& T_{22}\end{array}\right]=\frac{1}{P_{1|x=d}{V}_{2|x=d}-P_{2|x=d}{V}_{1|x=d}}\left[\begin{array}{cc}{P}_{1|x=0}{V}_{2|x=d}-P_{2|x=0}{V}_{1|x=d}& -P_{1|x=0}{P}_{2|x=d}+P_{2|x=0}{P}_{1|x=d}\\ V_{1|x=0}{V}_{2|x=d}-V_{2|x=0}{V}_{1|x=d}& -P_{2|x=d}{V}_{1|x=0}+P_{1|x=d}{V}_{2|x=0}\end{array}\right]$

$T_a=\frac{2e^{\mathrm{jkd}}}{T_{11}+\frac{T_{12}}{{\mathrm{\ρ}}_{0}c}+{\mathrm{\ρ}}_{0}c{T}_{21}+T_{22}}$

$\mathrm{TL}=10\log \frac{1}{{\left|T_a\right|}^2}$

得到评估量TL，由最终求得的TL评估管路消声器的降噪效果。

Claims (3)

1.一种管路消声器降噪效果评估装置，其特征在于：包括计算机系统、数据采集系统、水听器、水箱、信号发生器、动力源；水箱通过连接管路依次连接待测消声器、信号发生器、动力源，其中待测消声器与信号发生器之间采用直管道连接；在待测消声器出口和入口分别安装有振动测点和压力测点，振动测点和压力测点的测量数据通过数据采集系统输入计算机系统；在待测消声器出口和入口分别布置有两个水听器，水听器的测量数据通过数据采集系统输入计算机系统；布置水听器的管道为同轴的直管道。

2.一种利用权利要求1所述装置的管路消声器降噪效果评定方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：利用评估装置中的四个水听器得到四个噪声信号P1、P2、P3、P4，其中P1、P2为待测消声器出口一侧的两个水听器测量的噪声信号，计算四个噪声信号的自谱G_rr，r=1、2、3、4，以及四个噪声信号的互谱H_ir,r=1、2、3、4,i=1、2、3、4,i≠r；

步骤2：对于待测消声器出口一侧的两个水听器测量的噪声信号P1、P2，采用以下公式：

$A_1=\sqrt{G_{11}}\frac{j(H_{21}{e}^{\mathrm{jk}{x}_2}-H_{12}{e}^{\mathrm{jk}{x}_1})}{2\sin k(x_1-x_2)},B_1=\sqrt{G_{11}}\frac{j(H_{12}{e}^{\mathrm{jk}{x}_1}-H_{21}{e}^{\mathrm{jk}{x}_2})}{2\sin k(x_1-x_2)}$

$A_2=\sqrt{G_{22}}\frac{j(H_{21}{e}^{\mathrm{jk}{x}_2}-H_{12}{e}^{\mathrm{jk}{x}_1})}{2\sin k(x_1-x_2)},B_2=\sqrt{G_{22}}\frac{j(H_{12}{e}^{\mathrm{jk}{x}_1}-H_{21}{e}^{\mathrm{jk}{x}_2})}{2\sin k(x_1-x_2)}$

得到A₁、B₁、A₂、B₂；对于待测消声器入口一侧的两个水听器测量的噪声信号P3、P4，采用以下公式：

$C_3=\sqrt{G_{33}}\frac{j(H_{43}{e}^{\mathrm{jk}{x}_4}-H_{34}{e}^{\mathrm{jk}{x}_3})}{2\sin k(x_3-x_4)},D_3=\sqrt{G_{33}}\frac{j(H_{34}{e}^{\mathrm{jk}{x}_3}-H_{43}{e}^{\mathrm{jk}{x}_4})}{2\sin k(x_3-x_4)}$

$C_4=\sqrt{G_{44}}\frac{j(H_{43}{e}^{\mathrm{jk}{x}_4}-H_{34}{e}^{\mathrm{jk}{x}_3})}{2\sin k(x_3-x_4)},D_4=\sqrt{G_{44}}\frac{j(H_{34}{e}^{\mathrm{jk}{x}_3}-H_{43}{e}^{\mathrm{jk}{x}_4})}{2\sin k(x_3-x_4)}$

得到C₃、D₃、C₄、D₄；其中j为虚数符号，k为管内流动介质波数，x₁、x₂、x₃、x₄依次为噪声信号P1、P2、P3、P4对应的四个水听器到信号发生器的直线距离；

步骤3：根据步骤2的结果，按照公式

$P_{1|x=0}=A_1+B_1,V_{1|x=0}\frac{A_1-B_1}{{\mathrm{\ρ}}_{0}c}{A}_1+B_1$

$P_{2|x=0}=A_2+B_2,V_{2|x=0}=\frac{A_2-B_2}{{\mathrm{\ρ}}_{0}c}{A}_2+B_2$

得到消声器出口处声压P_1|x＝0、P_2|x＝0和质点振速V_1|x＝0、V_2|x＝0，其中ρ₀为管内流动介质密度，c为管内流动介质流速；按照公式

$P_{1|x=d}=C_3{e}^{-\mathrm{jkd}}+D_3{e}^{\mathrm{jkd}},V_{1|x=d}=C_3{e}^{-\mathrm{jkd}}-D_3{e}^{\mathrm{jkd}}$

$P_{2|x=d}=C_4{e}^{-\mathrm{jkd}}+D_4{e}^{\mathrm{jkd}},V_{2|x=d}=C_4{e}^{-\mathrm{jkd}}-D_4{e}^{\mathrm{jkd}}$

得到消声器入口处声压P_1|x＝d、P_2|x＝d和质点振速V_1|x＝d、V_2|x＝d，其中d表示待测消声器两侧水听器的最远距离；

步骤4：根据步骤3的结果，按照公式

$\left[\begin{array}{cc}{T}_{11}& T_{12}\\ T_{21}& T_{22}\end{array}\right]=\frac{1}{P_{1|x=d}{V}_{2|x=d}-P_{2|x=d}{V}_{1|x=d}}\left[\begin{array}{cc}{P}_{1|x=0}{V}_{2|x=d}-P_{2|x=0}{V}_{1|x=d}& -P_{1|x=0}{P}_{2|x=d}+P_{2|x=0}{P}_{1|x=d}\\ V_{1|x=0}{V}_{2|x=d}-V_{2|x=0}{V}_{1|x=d}& -P_{2|x=d}{V}_{1|x=0}+P_{1|x=d}{V}_{2|x=0}\end{array}\right]$

$T_a=\frac{2e^{\mathrm{jkd}}}{T_{11}+\frac{T_{12}}{{\mathrm{\ρ}}_{0}c}+{\mathrm{\ρ}}_{0}c{T}_{21}+T_{22}}$

$\mathrm{TL}=10\log \frac{1}{{\left|T_a\right|}^2}$

得到评估量TL。

3.根据权利要求2所述一种管路消声器降噪效果评定方法，其特征在于：在测量噪声信号之前，通过振动测点和压力测点测量得到待测管路消声器两端边界阻抗，并且通过调整评估装置实现待测管路消声器两端边界阻抗与实际水下热动力航行器的海水泵边界阻抗匹配。

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