CN113190912A - 舰艇振动壳体的辐射噪声预测方法 - Google Patents

舰艇振动壳体的辐射噪声预测方法 Download PDF

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CN113190912A CN202110273677.2A CN202110273677A CN113190912A CN 113190912 A CN113190912 A CN 113190912A CN 202110273677 A CN202110273677 A CN 202110273677A CN 113190912 A CN113190912 A CN 113190912A
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Abstract

公开舰艇振动壳体的辐射噪声预测方法，方法中，采集舰艇振动壳体的振动信号，对两个切向加速度信号
Figure DDA0002972971010000011
和一个法向加速度信号
Figure DDA0002972971010000012
进行时间积分得到两个切向速度信号
Figure DDA0002972971010000013
和一个法向速度信号
Figure DDA0002972971010000014
基于声波速度和声压的控制方程空间离散化和时间积分，构造舰艇振动壳体辐射噪声预测模型，其中，声场变量包括声压大小p(x，t)、声波切向速度uτ′(x，t)和uτ″(x，t)、声波法向速度un(x，t)，x表示为声辐射场的不同位置，针对声场变量采用DRP空间离散格式和LDDRK时间积分格式构造PML的无反射预测模型；在模型中添加切向速度变量
Figure DDA0002972971010000015
Figure DDA0002972971010000016
和法向速度变量
Figure DDA0002972971010000017
以计算壳体振动情况下的声场随时间的变化情况；计算每一时间步长下，舰艇振动壳体运动对声场变量的影响以预测每一时刻舰艇振动壳体的声辐射大小。

Description

舰艇振动壳体的辐射噪声预测方法
技术领域
本发明涉及声学仿真技术领域，尤其涉及一种舰艇振动壳体的辐射噪声预测方法。
背景技术
舰艇隐身性能是舰艇生存能力和战斗力的关键特征，也是各国提升海上军事威慑力的关键技术。然而，在浩瀚的海洋水介质中，声场是唯一能够远距离传递信息的物理场。因此，舰艇水下辐射噪声是其隐身性能的核心指标。为了降低舰艇水下辐射噪声水平，在设计阶段常用缩比试制的方法测试该指标的大小。但是缩比试制方法不仅耗费大量的人力物力，而且受到尺度效应和实验环境的影响。由于数值仿真具备适应性强、不受环境影响、耗费小、周期短等优势，逐渐成为设计阶段的主要分析手段。但是传统噪声预测方法精度不高，并且容易受到边界效应的影响，不能精确有效地分析振动壳体的辐射噪声大小。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种舰艇振动壳体的辐射噪声预测方法。采用已知的振动壳体加速度信号，利用高精度的空间离散格式和时间积分格式，以及消除边界反射效应的边界吸收层，从而构造出振动壳体辐射噪声预测模型。在此基础上添加随时间变化的壳体运动速度边界条件，以此实现辐射噪声的精确预测。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种舰艇振动壳体的辐射噪声预测方法包括：
S100：采集舰艇振动壳体的振动信号，得到壳体的切向加速度信号
Figure BDA0002972968990000011
和法向加速度信号
Figure BDA0002972968990000012
其中X(t)表示为壳体边界的位置；
S200：对所述切向加速度信号
Figure BDA0002972968990000013
和法向加速度信号
Figure BDA0002972968990000014
进行时间积分得到切向速度
Figure BDA0002972968990000015
和法向速度
Figure BDA0002972968990000016
S300：基于声波速度和声压的控制方程空间离散化和时间积分，构造舰艇振动壳体辐射噪声预测模型，其中，声场变量包括：声压大小p(x，t)、声波切向速度uτ′(x，t)和uτ″(x，t)、声波法向速度un(x，t)，其中，p(x，t)和uτ′(x，t)以及uτ″(x，t)中的x表示声辐射场的不同位置，针对所述声场变量采用DRP空间离散格式和LDDRK时间积分格式构造PML的无反射预测模型；
S400：在所述模型中添加所述切向速度变量
Figure BDA0002972968990000021
和法向速度变量
Figure BDA0002972968990000022
以计算壳体振动情况下的声场随时间的变化情况；
S500：计算每一时间步长下，舰艇振动壳体运动对声场变量的影响以预测每一时刻舰艇振动壳体的声辐射大小。
所述的方法中，步骤S100中，舰艇振动壳体上均匀布置三向加速度传感器，以采集舰艇振动壳体上多点的切向加速度信号
Figure BDA0002972968990000023
和法向加速度信号
Figure BDA0002972968990000024
所述的方法中，步骤S200中，对振动壳体的切向加速度信号
Figure BDA0002972968990000025
和法向加速度
Figure BDA0002972968990000026
进行时间积分获得振动壳体上多点的切向速度
Figure BDA0002972968990000027
和法向速度
Figure BDA0002972968990000028
Figure BDA0002972968990000029
Figure BDA00029729689900000210
Figure BDA00029729689900000211
其中，
Figure BDA00029729689900000212
是t时刻下的两个切向速度，
Figure BDA00029729689900000213
是t时刻下的法向速度；Δt是振动加速度传感器的采样时间间隔大小，其值为采样频率的倒数Δt＝1/f；f为振动加速度传感器的采样频率。
所述的方法中，所述步骤S300包括：
声波速度和声压的控制方程包括声波速度控制方程和声压的控制方程，其中，
S301：声场变量计算的控制方程：
在x、y、z三维方向上的声波速度控制方程为：
Figure BDA0002972968990000031
Figure BDA0002972968990000032
Figure BDA0002972968990000033
声压为标量，声压的控制方程为：
Figure BDA0002972968990000034
其中，
声波速度为矢量，在x、y、z笛卡尔坐标系三维方向上分别记为ux、uy、uz；声压为标量，在辐射声场中采用p表示，
该控制方程表达为矩阵形式：
Figure BDA0002972968990000035
其中，U为声场变量矩阵，为U＝[ux uy uz p]T；A、B、C为对应的系数矩阵，
S302：采用四阶DRP离散格式对控制方程中的变量进行空间离散，
S303：对控制方程进行LDDRK时间积分：
该控制方程写为矩阵形式，表达式为：
Figure BDA0002972968990000036
其中，U为声场变量矩阵，为U＝[ux uy uz p]T，F为矩阵U的控制方程表达式的简化符号，每一步的积分计算表达式如下，
Ki＝U(t)+βiΔtF(Ki-1)，i＝0，1，…s，其中，s为积分步数，βi为时间积分系数，下一时刻t+Δt的声场速度、声压变量的大小U(t+Δt)，则通过下式计算获得：
U(t+Δt)＝Ks，
当s＝5时，积分所需的系数为：
β1＝0.181575486327091，β2＝0.238260222208392，
β3＝0.330500707328000，β4＝0.500000000000000，β5＝1；
S304：构建无反射的PML边界吸收层：
在声场上下左右前后边界区域上和壳体边界区域内，修正控制方程，修正后的控制方程表达式为：
Figure BDA0002972968990000041
Figure BDA0002972968990000042
其中，q为吸收层中的辅助变量，σx、σy、σz为笛卡尔坐标系三维方向上的吸收系数；
在上下左右前后边界区域中，设置吸收系数大小的计算表达式为：
Figure BDA0002972968990000043
Figure BDA0002972968990000044
Figure BDA0002972968990000045
其中，上标β表示常值指数，进一步地，常值指数为2，σmax为最大吸收系数，x、y、z为声场上下左右前后边界区域的坐标值，xl、yl、zl为吸收层在x、y、z方向上的初始位置，Dl为吸收层的大小，
在壳体边界内部，设置吸收系数大小的计算表达式为：
Figure BDA0002972968990000046
其中，r(x，y，z)表示壳体内部任意空间点与壳体中心轴线间的距离，r0为壳体曲率半径大小，并且rl为辐射声场和边界吸收层间过渡层的大小，rl＝r0-4h，h为空间离散是的网格大小。
所述的方法中，所述步骤S400中，将随时间变化的壳体运动速度边界条件引入所述模型中：
Figure BDA0002972968990000051
Figure BDA0002972968990000052
Figure BDA0002972968990000053
其中，左端为壳体附近流体的切向和法向速度，右端为通过振动壳体上加速度传感时间积分获得的切向和法向壳体速度，其中τ′和τ″表示壳体曲面上的两个切向方向，τ′x、τ′v、τ′z分别为壳体切向向量τ′在x、y、z方向上的分量，τ″x、τ″y、τ″z分别为壳体切向向量τ″在x、y、z方向上的分量，nx、ny、nz分别为壳体法向向量n在x、y、z方向上的分量；
在每一个时间步长内，修正壳体附近流体的速度，使其与壳体运动速度保持一致，通过计算所述模型获得下一时刻的声场变量大小。
所述的方法中，所述步骤S500中，通过不断迭代添加壳体运动速度边界条件，并且计算振动壳体声辐射模型实现振动壳体辐射噪声时域预测。
所述的方法中，声场内部点的空间离散中，ux沿着x方向空间离散为：
Figure BDA0002972968990000054
其中，j为整数，h为声场网格间距大小，aj为对应的系数：
a0＝0，
a1＝-a-1＝0.77088238051822552，
a2＝-a-2＝-0.166705904414580469，
a3＝-a-3＝0.02084314277031176；
声场边界点的空间离散中，以ux沿着x方向空间离散为：
Figure BDA0002972968990000061
其中，j为整数，h为声场网格间距大小，
Figure BDA0002972968990000062
为对应系数，n为目标节点的左边节点数，m为目标节点的右边节点数，对应左边界节点
Figure BDA0002972968990000063
和右边界节点
Figure BDA0002972968990000064
的系数：
Figure BDA0002972968990000065
对应次左边界节点
Figure BDA0002972968990000066
和次右边界节点
Figure BDA0002972968990000067
的系数：
Figure BDA0002972968990000068
对应次次左边界节点
Figure BDA0002972968990000069
和次次右边界节点
Figure BDA00029729689900000610
的系数：
Figure BDA00029729689900000611
在上述技术方案中，本发明提供的一种舰艇振动壳体的辐射噪声预测方法，具有以下有益效果：舰艇振动壳体的辐射噪声预测方法能够实现辐射噪声的精确预测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的舰艇振动壳体辐射噪声预测方法的步骤示意图；
图2是本发明一个实施例的脉动圆柱壳体辐射噪声计算示意图；
图3是本发明一个实施例的加速度传感器布置图；
图4(a)至图4(c)是本发明一个实施例的不同时刻下声压登高线图；
图5(a)至图5(c)是本发明一个实施例计算得到的不同时刻下径向声压分布情况图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图1至图5(c)，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
为了更好地理解，图1为舰艇振动壳体辐射噪声预测方法的步骤示意图；如图1所示，舰艇振动壳体辐射噪声预测方法包括以下步骤：
S100：采集舰艇振动壳体的振动信号，得到壳体的切向加速度信号
Figure BDA0002972968990000081
和法向加速度信号
Figure BDA0002972968990000082
其中X(t)表示为壳体边界的位置；
S200：对所述切向加速度信号
Figure BDA0002972968990000083
和法向加速度信号
Figure BDA0002972968990000084
进行时间积分得到切向速度
Figure BDA0002972968990000085
和法向速度
Figure BDA0002972968990000086
S300：给出了声波速度和声压的控制方程，并对控制方程进行空间离散化和时间积分，从而构造处振动壳体噪声预测的计算模型；在该模型中计算的声场变量有声压大小p(x，t)、声波切向速度uτ′(x，t)和uτ″(x，t)、声波法向速度un(x，t)，x表示为声辐射场的不同位置，针对这些变量采用DRP空间离散格式和LDDRK时间积分格式，在此基础上构造了PML的无反射吸收边界层，从而实现振动壳体声辐射模型的构建；声波速度和声压的控制方程包括声波速度控制方程和声压的控制方程，其中，声波变量控制方程也称之为线性欧拉方程。舰艇振动壳体辐射噪声预测模型是采用DRP空间离散格式，LDDRK时间积分格式，以及PML吸收层计算上述声波变量控制方程的集合，具体表现形式为S300中所有的计算公式。其中DRP空间离散格式，LDDRK时间积分格式，以及PML吸收层分别为色散关系守恒(Dispersion-Relation-Preserving，DRP)的空间离散格式，低色散低耗散Runge-Kutta法(LowDissipation and low-Dispersion Runge-Kutta algorithm，LDDRK法)的时间积分方案，以及完美匹配层技术(Perfect Matched Layer，PML技术)对边界层内的干涉声波进行吸收，故而称之PML吸收层。
S400：随着时间变化，在振动壳体声辐射模型中添加壳体切向速度变量
Figure BDA0002972968990000091
Figure BDA0002972968990000092
和法向速度变量
Figure BDA0002972968990000093
以此计算壳体振动情况下，声场随时间的变化情况；
S500：计算每一时间步长下，振动壳体运动对声场变量的影响，从而预测每一时刻振动壳体的声辐射大小。
上述实施例构成了本发明的完整技术方案，与现有技术不同，上述实施例采用了已知的振动壳体加速度信号，利用了高精度的空间离散格式和时间积分格式，以及消除边界反射效应的边界吸收层，从而构造了振动壳体辐射噪声预测模型。在此基础上添加随时间变化的壳体运动速度边界条件，以此实现辐射噪声的精确预测。
图2为脉动圆柱壳体辐射噪声计算示意图，其中脉动运动的圆柱壳体位于声场计算域的中心位置，振动壳体的脉动运动速度表达式为ur＝yreiωt＝yrcos(ωt)，其中ω为脉动运动角频率，大小为31.4159rad/s。测试条件为：圆柱壳体的直径大小为D＝1m，计算域的大小为12m，声传播介质密度为1Kg/m3，声波的传播速度为1m/s，振动壳体的脉动运动幅值为1×10-4m/s，计算的时间步长大小为0.005s。
在本实施例中，步骤S100中，所述切向和法向上的振动加速度信号
Figure BDA0002972968990000094
和
Figure BDA0002972968990000095
是由三向加速度传感器采集获得。图3是振动圆柱壳体加速度传感器的布置示意图。从图3中可以看到，在每一层截面和竖直方向上，传感器均布置，以便构造振动圆柱壳体的实际运动速度情况。
本实施例中，步骤S200中，对振动壳体的切向加速度
Figure BDA0002972968990000096
和法向加速度
Figure BDA0002972968990000097
进行时间积分获得振动壳体上多点的切向速度
Figure BDA0002972968990000098
和法向速度
Figure BDA0002972968990000101
Figure BDA0002972968990000102
Figure BDA0002972968990000103
Figure BDA0002972968990000104
其中，
Figure BDA0002972968990000105
是t时刻下的两个切向速度，
Figure BDA0002972968990000106
是t时刻下的法向速度；Δt是振动加速度传感器的采样时间间隔大小，其值为采样频率的倒数Δt＝1/f；f为加速度传感器的采样频率。
本实施例中，所述步骤S300包括：
S301：声场变量计算的控制方程：
在x、y、z三维方向上的声波速度控制方程为：
Figure BDA0002972968990000107
Figure BDA0002972968990000108
Figure BDA0002972968990000109
声压为标量，故而声压的控制方程为：
Figure BDA00029729689900001010
其中声波速度为矢量，在x、y、z三维方向上分别记为ux、uy、uz；声压为标量，在辐射声场中采用p表示。
该控制方程可表达为矩阵形式：
Figure BDA00029729689900001011
其中，U为声场变量矩阵，即为U＝[ux uy uz p]T；A、B、C为对应的系数矩阵。
S302：对控制方程中的变量进行空间离散，采用四阶DRP离散格式：
声场内部点的空间离散中，ux沿着x方向空间离散为：
Figure BDA0002972968990000111
其中，j为整数，h为声场网格间距大小，aj为对应的系数：
a0＝0，
a1＝-a-1＝0.77088238051822552，
a2＝-a-2＝-0.166705904414580469，
a3＝-a-3＝0.02084314277031176；
声场边界点的空间离散中，以ux沿着x方向空间离散为：
Figure BDA0002972968990000112
其中，j为整数，h为声场网格间距大小，
Figure BDA0002972968990000113
为对应系数，n为目标节点的左边节点数，m为目标节点的右边节点数，对应左边界节点
Figure BDA0002972968990000114
和右边界节点
Figure BDA0002972968990000115
的系数：
Figure BDA0002972968990000116
对应次左边界节点
Figure BDA0002972968990000117
和次右边界节点
Figure BDA0002972968990000118
的系数：
Figure BDA0002972968990000119
对应次次左边界节点
Figure BDA0002972968990000121
和次次右边界节点
Figure BDA0002972968990000122
的系数：
Figure BDA0002972968990000123
S303：对控制方程进行LDDRK时间积分方案：
该控制方程可写为矩阵形式，表达式为：
Figure BDA0002972968990000124
其中，U包含声波速度、声压等变量的矩阵。四阶LDDRK时间积分方案中，每一步的积分计算表达式如下
Ki＝U(t)+βiΔtF(Ki-1)，i＝0，1，…s，其中，s为积分步数，βi为时间积分系数，下一时刻t+Δt的声场速度、声压变量的大小U(t+Δt)，则通过下式计算获得：
U(t+Δt)＝Ks，
当s＝5时，积分所需的系数为：
β1＝0.181575486327091，β2＝0.238260222208392，
β3＝0.330500707328000，β4＝0.500000000000000，β5＝1；
S304：构建无反射的PML边界吸收层：
其本质为在声场上下左右前后边界区域上和壳体边界区域内，修正控制方程，添加吸收系数，从而实现边界的无反射效果。修正后的控制方程表达式为：
Figure BDA0002972968990000125
Figure BDA0002972968990000126
其中，q为吸收层中的辅助变量，σx、σy、σz为吸收系数；
在上下左右前后边界区域中，设置吸收系数大小的计算表达式为：
Figure BDA0002972968990000131
Figure BDA0002972968990000132
Figure BDA0002972968990000133
其中，上标β表示常值指数，一般取值为2，σmax为最大吸收系数，x、y、z为声场上下左右前后边界区域的坐标值，xl、yl、zl为吸收层在x、y、z方向上的初始位置，Dl为吸收层的大小。
在壳体边界内部，设置吸收系数大小的计算表达式为：
Figure BDA0002972968990000134
其中，r(x，y，z)表示壳体内部任意空间点与壳体中心轴线间的距离，r0为壳体曲率半径大小，并且rl为辐射声场和边界吸收层间过渡层的大小，rl＝r0-4h。
本实施例中，步骤S400中，将随时间变化的壳体运动速度边界条件引入至声辐射计算模型中：
Figure BDA0002972968990000135
Figure BDA0002972968990000136
Figure BDA0002972968990000137
其中，左端为壳体附近流体的切向和法向速度，右端为通过振动壳体上加速度传感时间积分获得的切向和法向壳体速度，其中τ′和τ″表示壳体曲面上的两个切向方向，τ′x、τ′y、τ′z分别为壳体切向向量τ′在x、y、z方向上的分量，τ″x、τ″y、τ″z分别为壳体切向向量τ″在x、y、z方向上的分量，nx、ny、nz分别为壳体法向向量n在x、y、z方向上的分量。在每一个时间步长内，修正壳体附近流体的速度，使其与壳体运动速度保持一致。
在添加壳体运动速度边界条件的基础上，通过计算振动壳体声辐射模型，可获得下一时刻的声场变量大小，即预测了下一时刻辐射噪声；通过不断迭代添加壳体运动速度边界条件，可实现振动壳体辐射噪声时域预测。
本实施例中，步骤S500中，通过不断迭代添加壳体运动速度边界条件，并且计算振动壳体声辐射模型，可实现振动壳体辐射噪声时域预测。
图4(a)至图4(c)和图5(a)至图5(c)是本发明一个实施例通过上述步骤计算得到的，分别为t＝2、3、4s时的径向声压分布情况图，以及t＝2、3、4s时的声压等高线图。在图4(a)至图4(c)中给出了该实例的解析解，从中可以发现本发明方法计算结果与解析结果完全吻合，说明本发明方法的准确性。从图5(a)至图5(c)中可以看出，在不同时刻下，在圆柱内部的声压被完美吸收了，不会影响脉冲振动壳体带来的向外扩散的辐射噪声，可以获得干净理想的计算结果。
本方法采集壳体切向和法向加速度振动信号；计算振动壳体的切向和法向速度变量大小；通过色散关系守恒(Dispersion-Relation-Preserving，DRP)的空间离散格式，4阶6步的低色散低耗散Runge-Kutta法(Low Dissipation and low-Dispersion Runge-Kuttaalgorithm，LDDRK法)进行时间积分和PML吸收层，构建基于线性欧拉方程的振动壳体辐射噪声预测模型；随时间变化，添加对应的边界条件，实现振动壳体辐射噪声的连续预测。
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (8)

1.一种舰艇振动壳体的辐射噪声预测方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S100：采集舰艇振动壳体的振动信号，得到壳体的切向加速度信号
Figure FDA0002972968980000011
Figure FDA0002972968980000012
和法向加速度信号
Figure FDA0002972968980000013
其中X(t)表示为壳体边界的位置；
S200：对所述切向加速度信号
Figure FDA0002972968980000014
和法向加速度信号
Figure FDA0002972968980000015
进行时间积分得到切向速度
Figure FDA0002972968980000016
和法向速度
Figure FDA0002972968980000017
S300：基于声波速度和声压的控制方程空间离散化和时间积分，构造舰艇振动壳体辐射噪声预测模型；
S400：在所述模型中添加所述切向速度变量
Figure FDA0002972968980000018
和法向速度变量
Figure FDA0002972968980000019
以计算壳体振动情况下的声场随时间的变化情况；
S500：计算每一时间步长下，舰艇振动壳体运动对声场变量的影响以预测每一时刻舰艇振动壳体的声辐射大小。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，步骤S100中，舰艇振动壳体上均匀布置三向加速度传感器，以采集舰艇振动壳体上多点的切向加速度信号
Figure FDA00029729689800000110
Figure FDA00029729689800000111
和法向加速度信号
Figure FDA00029729689800000112
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S200中，对振动壳体的切向加速度信号
Figure FDA00029729689800000113
和法向加速度
Figure FDA00029729689800000114
进行时间积分获得振动壳体上多点的切向速度
Figure FDA00029729689800000115
和法向速度
Figure FDA00029729689800000116
Figure FDA00029729689800000117
Figure FDA00029729689800000118
Figure FDA00029729689800000119
其中，
Figure FDA00029729689800000120
是t时刻下的两个切向速度，
Figure FDA00029729689800000121
是t时刻下的法向速度；Δt是振动加速度传感器的采样时间间隔大小，其值为采样频率的倒数Δt＝1/f；f为振动加速度传感器的采样频率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述步骤S300的模型，其中：
声场变量包括：声压大小p(x，t)、声波切向速度uτ′(x，t)和uτ″(x，t)、声波法向速度un(x，t)，其中，p(x，t)和uτ′(x，t)以及uτ″(x，t)中的x表示声辐射场的不同位置，针对所述声场变量采用DRP空间离散格式和LDDRK时间积分格式构造PML的无反射预测模型。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
声波速度和声压的控制方程包括声波速度控制方程和声压的控制方程，其中，步骤S300进一步包括如下子步骤：
S301：获得声场变量计算的控制方程：
在x、y、z三维方向上的声波速度控制方程为：
Figure FDA0002972968980000021
声压为标量，声压的控制方程为：
Figure FDA0002972968980000022
其中，
声波速度为矢量，在x、y、z笛卡尔坐标系三维方向上分别记为ux、uy、uz；声压为标量，在辐射声场中采用p表示，
该控制方程表达为矩阵形式：
Figure FDA0002972968980000023
其中，U为声场变量矩阵，为U＝[ux uy uz p]T；A、B、C为对应的系数矩阵，
S302：采用四阶DRP离散格式对控制方程中的变量进行空间离散，
S303：对控制方程进行LDDRK时间积分：
该控制方程写为矩阵形式，表达式为：
Figure FDA0002972968980000031
其中，U为声场变量矩阵，为U＝[ux uy uz p]T，F为矩阵U的控制方程表达式的简化符号，每一步的积分计算表达式如下，
Ki＝U(t)+βiΔtF(Ki-1)，i＝0，1，…s，其中，s为积分步数，βi为时间积分系数，下一时刻t+Δt的声场速度、声压变量的大小U(t+Δt)，则通过下式计算获得：
U(t+Δt)＝Ks，
当s＝5时，积分所需的系数为：
β1＝0.181575486327091，β2＝0.238260222208392，
β3＝0.330500707328000，β4＝0.500000000000000，β5＝1；
S304：构建无反射的PML边界吸收层：
在声场上下左右前后边界区域上和壳体边界区域内，修正控制方程，修正后的控制方程表达式为：
Figure FDA0002972968980000032
Figure FDA0002972968980000033
其中，q为吸收层中的辅助变量，σx、σy、σz为笛卡尔坐标系三维方向上的吸收系数；
在上下左右前后边界区域中，设置吸收系数大小的计算表达式为：
Figure FDA0002972968980000034
Figure FDA0002972968980000035
Figure FDA0002972968980000041
其中，上标β表示常值指数，σmax为最大吸收系数，x、y、z为声场上下左右前后边界区域的坐标值，xl、yl、zl为吸收层在x、y、z方向上的初始位置，Dl为吸收层的大小，
在壳体边界内部，设置吸收系数大小的计算表达式为：
Figure FDA0002972968980000042
其中，r(x，y，z)表示壳体内部任意空间点与壳体中心轴线间的距离，r0为壳体曲率半径大小，并且rl为辐射声场和边界吸收层间过渡层的大小，rl＝r0-4h，h为空间离散是的网格大小。
6.根据权利要求1所述的方法，具特征在于，所述步骤S400中，将随时间变化的壳体运动速度边界条件引入所述模型中：
Figure FDA0002972968980000043
Figure FDA0002972968980000044
Figure FDA0002972968980000045
其中，左端为壳体附近流体的切向和法同速度，右端为通过振动壳体上加速度传感时间积分获得的切向和法向壳体速度，其中τ′和τ″表示壳体曲面上的两个切向方向，τ′x、τ′y、τ′z分别为壳体切向向量τ′在x、y、z方向上的分量，τ″x、τ″y、τ″z分别为壳体切向向量τ″在x、y、z方向上的分量，nx、ny、nz分别为壳体法向向量n在x、y、z方向上的分量；
在每一个时间步长内，修正壳体附近流体的速度，使其与壳体运动速度保持一致，通过计算所述模型获得下一时刻的声场变量大小。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S500中，通过不断迭代添加壳体运动速度边界条件，并且计算振动壳体声辐射模型实现振动壳体辐射噪声时域预测。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，声场内部点的空间离散中，ux沿着x方向空间离散为：
Figure FDA0002972968980000051
其中，j为整数，h为声场网格间距大小，aj为对应的系数：
a0＝0，
σ1＝-a-1＝0.77088238051822552，
a2＝-a-2＝-0.166705904414580469，
σ3＝-a-3＝0.02084314277031176；
声场边界点的空间离散中，以ux沿着x方向空间离散为：
Figure FDA0002972968980000052
其中，j为整数，h为声场网格间距大小，
Figure FDA0002972968980000053
为对应系数，n为目标节点的左边节点数，m为目标节点的右边节点数，对应左边界节点
Figure FDA0002972968980000054
和右边界节点
Figure FDA0002972968980000055
的系数：
Figure FDA0002972968980000056
Figure FDA0002972968980000057
Figure FDA0002972968980000058
Figure FDA0002972968980000059
对应次左边界节点
Figure FDA00029729689800000510
和次右边界节点
Figure FDA00029729689800000511
的系数：
Figure FDA00029729689800000512
Figure FDA00029729689800000513
Figure FDA00029729689800000514
Figure FDA0002972968980000061
对应次次左边界节点
Figure FDA0002972968980000062
和次次右边界节点
Figure FDA0002972968980000063
的系数：
Figure FDA0002972968980000064
Figure FDA0002972968980000065
Figure FDA0002972968980000066
Figure FDA0002972968980000067
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