水下噪声.pptx

概述概述噪声定义：噪声定义：指在特定条件下不需要的声音。水下噪声：水下噪声：（1）海洋环境噪声和目标（舰船、潜艇、鱼雷等）的自噪声 声呐系统的主要干扰背景之一，限制装备性能。（2）目标（舰船、潜艇、鱼雷等）辐射噪声 被动声呐系统的声源，通过接收该噪声实现目标检测。水下噪声研究的意义：水下噪声研究的意义：（1）提高声呐设备的检测和识别能力；（2）提高目标自身的隐蔽性和安全性。水声学第7章 水下噪声17.1 7.1 噪声的基本概念噪声的基本概念1 1 1 1、噪声描述、噪声描述、噪声描述、噪声描述 噪声是一个随机过程。（1）噪声的概率密度函数：）噪声的概率密度函数：（2）噪声的概率分布函数：）噪声的概率分布函数：（3）平稳随机过程：）平稳随机过程：结论：平稳随机过程的概率密度函数与时间无关。结论：平稳随机过程的概率密度函数与时间无关。水声学第7章 水下噪声27.1 7.1 噪声的基本概念噪声的基本概念1 1 1 1、噪声描述、噪声描述、噪声描述、噪声描述 短时间内水中噪声可视为平稳随机过程，且噪声声压服从高斯分布，称为高斯噪声，其概率密度函数为：其均值和方差：常识：一般将水声干扰噪声视为高斯噪声。常识：一般将水声干扰噪声视为高斯噪声。水声学第7章 水下噪声37.1 7.1 噪声的基本概念噪声的基本概念1 1 1 1、噪声描述、噪声描述、噪声描述、噪声描述 表征噪声统计特性的统计量有：概率密度函数、数学期望、方差、相关函数、功率谱。由随机过程理论可知，噪声自相关函数的傅立叶变换即为功率谱密度函数：若噪声的功率谱是均匀的，则称之为白噪声。水声学第7章 水下噪声47.1 7.1 噪声的基本概念噪声的基本概念1 1 1 1、噪声描述、噪声描述、噪声描述、噪声描述或用时间平均表示：噪声声压有效值：噪声声压有效值：噪声声压有效值：介质特性阻抗为单位值时平均声强平方根。如果假设噪声的平均值为零，介质阻抗为单位值，则它的方差便等于平均声强：水声学第7章 水下噪声57.1 7.1 噪声的基本概念噪声的基本概念2 2 2 2、噪声频谱分析、噪声频谱分析、噪声频谱分析、噪声频谱分析 噪声声压是一个随机量，与时间量之间不存在确定关系，分析噪声声压幅值频谱没有意义。随机过程功率谱函数是一个确定的统计量，反映了该过程的各频率分量的平均强度。根据信号频谱曲线形状划分：（1 1）线谱：）线谱：数学上能够用傅氏级数来表示，水声中周期、准周期信号频谱就是线谱信号；（2 2）连续谱：）连续谱：频谱分析用傅氏变换来表示，水声中瞬态非周期信号频谱就是连续谱。水声学第7章 水下噪声67.1 7.1 噪声的基本概念噪声的基本概念2 2 2 2、噪声频谱分析、噪声频谱分析、噪声频谱分析、噪声频谱分析水声学第7章 水下噪声77.1 7.1 噪声的基本概念噪声的基本概念2 2 2 2、噪声频谱分析、噪声频谱分析、噪声频谱分析、噪声频谱分析声强平均频谱密度：声强频谱密度函数：带宽内的总声强：注意：注意：连续谱某确定频率分量上的声强贡献无限小。水声学第7章 水下噪声87.1 7.1 噪声的基本概念噪声的基本概念2 2 2 2、噪声频谱分析、噪声频谱分析、噪声频谱分析、噪声频谱分析海洋环境噪声级：注意：注意：水下噪声是多种噪声源的综合迭加，每种噪声源的激励不尽相同，因此，它可能是线谱，也可能是连续谱，最可能是两种谱的迭加。水听器工作带宽内的噪声总声强 假设水听器工作带宽 内噪声谱 和其响应是均匀的，则：水声学第7章 水下噪声97.1 7.1 噪声的基本概念噪声的基本概念2 2 2 2、噪声频谱分析、噪声频谱分析、噪声频谱分析、噪声频谱分析水声学第7章 水下噪声107.1 7.1 噪声的基本概念噪声的基本概念3 3 3 3、水下噪声指向特性、水下噪声指向特性、水下噪声指向特性、水下噪声指向特性水下噪声具有指向性：水下噪声具有指向性：噪声源具有指向性、噪声源空间分布、海洋传播条件等原因。常识：常识：海面噪声（风浪噪声）垂直指向性；远处航船的辐射噪声水平指向性。注意：注意：工程上通常将海洋环境噪声视为各向同性的，便于信号处理。水声学第7章 水下噪声117.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声海洋环境噪声海洋环境噪声也称自然噪声，是水声信道的一种干扰背景。研究环境噪声的目的：研究环境噪声的目的：n 研究噪声场的时空统计特性与环境因素之间的依赖关系，找出其规律，预报NL值，为声呐设备设计、研制提供必要的数据；n 利用噪声场与信号场在时空统计特性方面的差异，设计信号处理方案，提高设备的抗干扰能力。水声学第7章 水下噪声127.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声1 1 1 1、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源 采用海底深水水听器，在宽频段内对深海噪声进行测量研究，研究结果表明：n 噪声源是多种多样的，环境噪声是这些源的综合效应；n 环境噪声在不同频段有不同特性，各种噪声源发声机理不同；n 环境噪声与环境条件密切相关，如风速等自然条件。水声学第7章 水下噪声137.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声1 1 1 1、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源 从低频到高频次序讨论噪声源及其特性：（1 1）潮汐和波浪的海水静压力效应）潮汐和波浪的海水静压力效应 潮汐和海面波浪是引起海洋内部海水静压力变化的原因，是低频噪声源。（2 2）地震扰动）地震扰动 地震扰动是海洋中的极低频噪声源。地震扰动在海水中产生的压力：式中，a为地震扰动引起的地球表面垂直振幅。水声学第7章 水下噪声147.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声1 1 1 1、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源（3 3）海洋湍流）海洋湍流 海洋中无规则随机水流形成的湍流，以多种方式产生噪声，是一种低频噪声源。海洋湍流产生噪声机理：n 湍流会使水听器、电缆等颤动或作响，产生自噪声，它不是自然噪声；n 湍流运动引起压力变化辐射噪声，在湍流区以外海水中产生噪声。它是四极子源，随距离衰减快，对环境噪声贡献不大；n 湍流区内部压力变化的声效应。水声学第7章 水下噪声157.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声1 1 1 1、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源Wenz根据湍流理论和实验关系，推导的湍流压力谱。水声学第7章 水下噪声167.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声1 1 1 1、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源（4 4）波浪非线性作用引起的低频噪声）波浪非线性作用引起的低频噪声n 海面波浪运动产生的海水静压力随深度增加迅速变小，直至消失；n 理论上，两个反方向传播的行波波浪相遇，可能相互作用形成驻波，产生的压力不随深度增加而变小，其频率是形成它的波浪频率的两倍；n 波浪非线性作用引起的噪声是低频噪声源。水声学第7章 水下噪声177.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声1 1 1 1、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源（5 5）远处航船噪声）远处航船噪声 远处航船噪声是几十赫兹至几百赫兹频率范围内的主要噪声源。测量结果表明：n 自然噪声与风和天气无关，且到达深水水听器噪声来自水平方向；n 在50Hz500Hz范围内，航船频繁海区的自然噪声量级高于航船稀少海区的测量值；n 在50Hz500Hz范围内，观测到的自然噪声谱有一段突起或平坦部分，与传播的辐射噪声谱极大值相符合。水声学第7章 水下噪声187.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声1 1 1 1、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源（6 6）风成噪声（海面波浪噪声）风成噪声（海面波浪噪声）海面粗糙度是更高频段的自然噪声的噪声源。测量结果表明：n 在500Hz25kHz频率范围内，自然噪声与海况、水听器处风速直接相关，到达深水水听器方向接近垂直。n 风成噪声与风速的相关性比与海况的相关性更好。Knudson海洋环境噪声谱海洋环境噪声谱水声学第7章 水下噪声197.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声1 1 1 1、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源、深海中的环境噪声源（7 7）热噪声）热噪声 海洋分子热噪声限制水听器高频灵敏度，等效热噪声谱级：DI为水听器指向性指数，单位dB；E为水听器转换效率，单位dB；f频率，单位kHz。水声学第7章 水下噪声207.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声2 2 2 2、深海环境噪声谱、深海环境噪声谱、深海环境噪声谱、深海环境噪声谱n 20世纪60年代，Wenz提出环境噪声的 Wenz谱级图。n 较细致地描述了环境噪声的普遍规律性，被认为最具代表性的深海噪声谱曲线。水声学第7章 水下噪声217.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声2 2 2 2、深海环境噪声谱、深海环境噪声谱、深海环境噪声谱、深海环境噪声谱 深海环境噪声谱由斜率的不同的五部分组成：（1）频段，至今还不为人所知。估计该噪声来源于海水静压力效应或是地球内部的地震扰动。（2）频段，谱斜率为-8-10dB/倍频程，与风速仅有很微弱关系，最可能噪声源是海洋湍流。水声学第7章 水下噪声227.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声2 2 2 2、深海环境噪声谱、深海环境噪声谱、深海环境噪声谱、深海环境噪声谱（3）频段，噪声谱基本是平的，远处行船是主要噪声源。（4）频段，谱斜率具有-5-6dB/倍频程，噪声源是离测量点不远的粗糙海面。（5）频段，海水介质分子热运动噪声，谱线斜率为6dB/倍频程。水声学第7章 水下噪声237.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声2 2 2 2、深海环境噪声谱、深海环境噪声谱、深海环境噪声谱、深海环境噪声谱n工程上，为预报海洋环境噪声级，需要用到不同参数表示典型自然噪声谱。n 图中画出了不同航运和风图中画出了不同航运和风速条件下的预报用曲线。速条件下的预报用曲线。n 使用时，选择适当的航运和风速条件曲线，综合考虑航运条件、蒲氏风级、噪声频率、海况等因素，近似地预报自然噪声谱。水声学第7章 水下噪声247.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声3 3 3 3、自然噪声间歇源及其变化特性、自然噪声间歇源及其变化特性、自然噪声间歇源及其变化特性、自然噪声间歇源及其变化特性（1 1）间歇源的噪声源）间歇源的噪声源 一种暂时存在的噪声源，如能发声的海洋生物、降雨等。海洋生物噪声：海洋生物噪声：甲壳类、鱼类和海生哺乳类特殊鸣声、嘈杂声等；降雨噪声：降雨噪声：提高自然噪声级，与降雨率和降雨面积有关。水声学第7章 水下噪声257.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声3 3 3 3、自然噪声间歇源及其变化特性、自然噪声间歇源及其变化特性、自然噪声间歇源及其变化特性、自然噪声间歇源及其变化特性长岛海峡东端海深为36米海域测得的降雨自然噪声谱水声学第7章 水下噪声267.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声3 3 3 3、自然噪声间歇源及其变化特性、自然噪声间歇源及其变化特性、自然噪声间歇源及其变化特性、自然噪声间歇源及其变化特性不同降雨率的降雨噪声谱理论估计值水声学第7章 水下噪声277.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声3 3 3 3、自然噪声间歇源及其变化特性、自然噪声间歇源及其变化特性、自然噪声间歇源及其变化特性、自然噪声间歇源及其变化特性（2 2）自然噪声的易变性）自然噪声的易变性n 产生原因：噪声源的易变性；传播条件的改变，影响来自远处噪声源的声传播，从而改变了噪声强度。百慕大和巴哈马群岛海底水听器观测结果：冬季的自然噪声级比夏季高7dB。水声学第7章 水下噪声287.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声4 4 4 4、海洋环境噪声振幅分布和空间相关性、海洋环境噪声振幅分布和空间相关性、海洋环境噪声振幅分布和空间相关性、海洋环境噪声振幅分布和空间相关性（1 1）振幅分布）振幅分布n 海洋环境噪声是由大量噪声源的辐射噪声叠加所组成的，各噪声源之间互不相关；n 海洋环境噪声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，原因是噪声源数目不够大；n 海洋环境噪声短时间内是平稳的，长时间则是非平稳的。水声学第7章 水下噪声297.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声4 4 4 4、海洋环境噪声振幅分布和空间相关性、海洋环境噪声振幅分布和空间相关性、海洋环境噪声振幅分布和空间相关性、海洋环境噪声振幅分布和空间相关性（2 2）空间相关性）空间相关性n 对声呐基阵设计具有重要意义；n 为降低环境噪声的干扰，基阵基元间距应大于环境噪声的空间相关半径，提高基阵输出端的信噪比；n 噪声的空间相关性：指海中相隔开的水听器接收到噪声的乘积对时间平均。n两个相距为d各向同性单频噪声相关系数为：水声学第7章 水下噪声307.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声4 4 4 4、海洋环境噪声振幅分布和空间相关、海洋环境噪声振幅分布和空间相关、海洋环境噪声振幅分布和空间相关、海洋环境噪声振幅分布和空间相关 Cron和Sherman对噪声源分布无限大平面上、噪声源指向性为 噪声场相关系数进行研究。n 水平方向和垂直方向上的相关系数随间距d做衰减振荡，曲线与各向同性的单频噪声场具有相同形状；n 水平方向和垂直方向上的相关系数第一个零点分别位于0.8和0.3附近；n 海面粗糙度形成噪声场具有 指向特性。水声学第7章 水下噪声317.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声4 4 4 4、海洋环境噪声振幅分布和空间相关性、海洋环境噪声振幅分布和空间相关性、海洋环境噪声振幅分布和空间相关性、海洋环境噪声振幅分布和空间相关性（3 3）相关延时与噪声源）相关延时与噪声源n 如果把两相隔开的水听器的输出信号进行相关分析，则相关峰位置的延时值表示了信号到达两个水听器的时差，相关峰的幅值、形状表示了两个信号的相关特性。n 百慕大群岛垂直阵测量结果：低风速时，噪声源为远处航船和风暴；高风速时，噪声源为海面噪声源。水声学第7章 水下噪声327.2 7.2 海洋环境噪声海洋环境噪声5 5 5 5、深海环境噪声指向性、深海环境噪声指向性、深海环境噪声指向性、深海环境噪声指向性 深海环境噪声具有指向性：低频噪声来自远处，高频噪声源来自顶部的海面。海面辐射噪声具有 的指向特性（噪声源和海面上虚源干涉效应引起的）。水声学第7章 水下噪声337.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声n 舰船、潜艇和鱼雷的辐射噪声，是被动声呐探测、分类识别和跟踪目标的信号，是被动声呐方程中的声源级SL。n 舰船辐射噪声的危害：舰船辐射噪声的危害：（1）破坏了舰船和潜艇的隐蔽性；（2）可能引爆某些水中兵器；（3）干扰本舰的水声设备（自噪声）。n 舰船辐射噪声是水中兵器研制的重要依据舰船辐射噪声是水中兵器研制的重要依据n 舰船、鱼雷辐射噪声特点：舰船、鱼雷辐射噪声特点：噪声源繁多、集中，噪声强度大，频谱成分复杂。水声学第7章 水下噪声347.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声1 1 1 1、舰船辐射噪声的声源级和噪声谱、舰船辐射噪声的声源级和噪声谱、舰船辐射噪声的声源级和噪声谱、舰船辐射噪声的声源级和噪声谱舰船辐射噪声的声源级：舰船辐射噪声的声源级：定义：定义：水听器声轴方向上距源的等效声中心1m处的声强与参考声强之比的分贝数。在远场测得噪声级后，再修正传播损失，归算到离声源声中心1米处，并计算出1Hz带宽内声强，则声源级和谱源级：式中，是换能器工作带宽，为参考声强，为距声源声中心1米处的噪声声强。水声学第7章 水下噪声357.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声1 1 1 1、舰船辐射噪声声源级和噪声谱、舰船辐射噪声声源级和噪声谱、舰船辐射噪声声源级和噪声谱、舰船辐射噪声声源级和噪声谱噪声谱基本类型：噪声谱基本类型：（1）线谱；（2）连续谱；（3）混合谱。舰船辐射噪声为线谱和连续谱的迭加。水声学第7章 水下噪声367.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性水声学第7章 水下噪声377.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性舰船辐射噪声源分为三大类：舰船辐射噪声源分为三大类：机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声 机械噪声 螺旋桨噪声 水动力噪声 主机：柴油机、主电动机、减速器辅机：发动机、泵、空调设备 螺旋桨空化螺旋桨引起船壳振动 水流辐射噪声空腔、板和附件的共振 支柱和附件的空化 水声学第7章 水下噪声387.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声（1 1）机械噪声）机械噪声 机械噪声是航行或作业舰船上的各种机械的振动，通过船体向水中辐射而形成的噪声。产生机理：产生机理：n 不平衡的旋转部件（电机电枢等）n 重复的不连续性（齿轮、电枢槽、涡轮机叶片等）n 往复部件（内燃机汽缸中爆炸）产生线谱噪声，其成分是振动基频及其谐波分量（结构共振）。n 流体空化和湍流及排气（泵、管道、阀门中流体，凝汽器排气等）n 机械摩擦（轴承等）产生连续谱噪声。2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性水声学第7章 水下噪声397.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声（1 1）机械噪声）机械噪声结论：结论：n 舰船机械噪声为强线谱加弱连续谱强线谱加弱连续谱的迭加，与舰船航行状态及机械工作状态密切相关，频谱结构较复杂、多变的；n 机械噪声是舰船辐射噪声低频低频段主要成分。2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性水声学第7章 水下噪声407.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声（2 2）螺旋桨噪声）螺旋桨噪声 螺旋桨噪声是由旋转着的螺旋桨与流体相互作用所产生的噪声，它由螺旋桨空化噪声、唱音和螺旋桨叶片旋转噪声组成。空化噪声：空化噪声：n 螺旋桨在水中旋转，当转速达到一定值时，叶片叶稍和表面产生负压，负压足够高，就会产生气泡，这种现象称为空化；n 空化产生的气泡破裂发出尖的声脉冲，大量气泡破裂产生的噪声，称为空化噪声。2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性水声学第7章 水下噪声417.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声 螺旋桨空化噪声是舰船辐射噪声高频段主要成分，且为连续谱，其典型频谱如下图。2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性频谱特点：频谱特点：在高频段，谱级随频率以6dB/oct斜率下降；在低频段随频率增高而增高；谱峰（100Hz1000Hz）随航速和深度而变化，当航速增加和深度变浅时，谱峰向低频移动。水声学第7章 水下噪声427.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性空化噪声空化噪声谱峰变化原因：谱峰变化原因：n 高航速和浅深度情况下，易产生大的空化气泡，产生低频噪声，使谱峰向低频端移动；n 气泡较大，其噪声强度高于高频段噪声。产生条件：产生条件：n 舰船航速大于舰船临界航速。水声学第7章 水下噪声437.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性空化噪声与航速关系：空化噪声与航速关系：n 航速低于临界航速，空化噪声级很低（未发生空化）；n 航速增大至临界航速，空化噪声级急剧增大（空化发生、发展）；n 航速继续增大，空化噪声级基本趋于稳定（空化充分）。水声学第7章 水下噪声447.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性常识：水面舰船螺旋桨空化噪声常识：水面舰船螺旋桨空化噪声-航速关系不是航速关系不是S S形，关系复杂。形，关系复杂。空化噪声与航深关系：空化噪声与航深关系：n 静压力越大越不容易空化；n 航行深度增加，临界航速提高。空化噪声与其它因素：空化噪声与其它因素：n例如螺旋桨损坏、加速、转向等因素。水声学第7章 水下噪声457.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声（2 2）螺旋桨噪声）螺旋桨噪声唱音：唱音：n 由于涡发放激励螺旋桨桨叶共振而产生的辐射噪声；n 桨随边涡发放频率和桨片弯曲振动固有频率吻合时的流体动力-结构耦合共振声；n 由转速调制的线谱簇，它是1001000Hz频率范围内的低频强线谱。2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性水声学第7章 水下噪声467.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声（2）螺旋桨噪声）螺旋桨噪声旋转声：旋转声：n 螺旋桨旋转受流体动力非定常力作用，形成击水发声力源；n 谱特征：线谱，基频为叶片数和转速乘积，还有其倍频线谱。2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性n 旋转声是潜艇低频段（1100Hz）噪声的主要成分。常识：该常识：该频谱特性是声呐识别目标和估计目标速度的依据频谱特性是声呐识别目标和估计目标速度的依据。水声学第7章 水下噪声477.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性水声学第7章 水下噪声487.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声螺旋桨噪声方向性螺旋桨噪声方向性n 舰船艏艉方向比正横方向辐射的噪声小，船体的遮挡和尾流的影响；n 在与艏艉方向成30o角度内，指向性凹进去，船艏方向比船艉方向凹进略多些。2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性水声学第7章 水下噪声497.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声（3）水动力噪声水动力噪声 水动力噪声是船体与海流相对运动时，船体表面产生的噪声，是水流动力作用于舰船的结果。产生机理产生机理n 水流冲击激励壳体振动或壳体上某些结构（叶片、空穴腔体等）共振；n 湍流附面层产生的流噪声（粘滞流体特性）；n 航船拍浪声（船艏、船艉）、船上循环系统进水口和排水口的辐射噪声。2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性水声学第7章 水下噪声507.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声（3）水动力噪声）水动力噪声2 2 2 2、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性、舰船辐射噪声源及其特性式中，k为常数，v是航速，n是与航船水下线形等因素有关的一个量。常识：常识：一般情况，舰船水动力噪声小于机械噪声和螺旋桨噪声一般情况，舰船水动力噪声小于机械噪声和螺旋桨噪声。根据布洛欣采夫理论，水动力噪声强度主要与航速有关：水声学第7章 水下噪声517.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声（1）辐射噪声源强度）辐射噪声源强度n 舰艇主要噪声源是机械噪声和螺旋桨噪声，二者贡献的大小取决于频率、航速和航深。3 3 3 3、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述水声学第7章 水下噪声527.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声（1）辐射噪声源强度）辐射噪声源强度n 在航速一定情况下，由于静压力作用，螺旋桨噪声随深度增加而减小；在深度一定时，则随航速增加而增加；n 对于给定的航速和航深，存在一个临界频率，低于此频率时，谱的主要成分是机械和螺旋桨的线谱；高于此频率时，谱主要成分是螺旋桨空化连续谱。3 3 3 3、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述常识：通常舰艇的临界频率为常识：通常舰艇的临界频率为100Hz1000Hz100Hz1000Hz，取决于船的种，取决于船的种类、航速和航深。鱼雷的临界频率比较高（机械运转速度高）。类、航速和航深。鱼雷的临界频率比较高（机械运转速度高）。水声学第7章 水下噪声537.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声（2）舰船辐射噪声的指向性）舰船辐射噪声的指向性n 舰船水平指向性不均匀，船艏和船艉方向比正横方向辐射的噪声小，是船体的遮挡和尾流屏蔽所造成。3 3 3 3、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述水声学第7章 水下噪声547.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声（3）舰船辐射噪声沿船长的分布）舰船辐射噪声沿船长的分布n 航速不大时，船中部有极大值，主机等产生的机械噪声；n 随着航速的增加，艉部出现第二个极大值，螺旋桨噪声；n 航速继续增加，艏部出现极大值，艏部击浪和绕流水动力噪声。3 3 3 3、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述水声学第7章 水下噪声557.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声（4）舰船辐射噪声的通过特性）舰船辐射噪声的通过特性n 舰船沿一定航向通过无方向水听器时，辐射噪声的变化特性。3 3 3 3、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述水声学第7章 水下噪声56（4）舰船辐射噪声的通过特性）舰船辐射噪声的通过特性n 水听器接收的声压幅值：n 舰船在正横距离上的声压幅值为P0，舰船在正横距离上与水听器间的距离为r0，系数 。n 舰船辐射噪声通过特性对水中兵器声引信设计具有重要意义。7.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声3 3 3 3、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述、辐射噪声源概述水声学第7章 水下噪声577.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声n 舰船、潜艇和鱼雷辐射噪声信息被列为高度机密；n 目前公开的数据是二次世界大战期间的舰船辐射噪声水平，现代舰船辐射噪声水平明显低于教材所列的数据；n 舰船、潜艇和鱼雷辐射噪声级随航速变化规律具有普遍性。4 4 4 4、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级水声学第7章 水下噪声587.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声4 4 4 4、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级水声学第7章 水下噪声597.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声4 4 4 4、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级水声学第7章 水下噪声607.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声4 4 4 4、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级潜艇型号潜艇型号声源级声源级(5-200Hz)dB(5-200Hz)dB声源级声源级(1kHz)dB(1kHz)dB航速航速knotknotAV-611(ZuluAV-611(Zulu)1301351301351101151101152 2629(Golf)629(Golf)1301351301351101151101152 2658(Hotel)658(Hotel)1401451401451201251201254 4667A(Yankee)667A(Yankee)1351401351401151201151204 4667B(Delta667B(Delta)1301351301351101151101154 4667BD(Delta667BD(Delta)1301351301351101151101154 4667BDR(Delta667BDR(Delta)1251301251301051101051104 4941(Typhoon)941(Typhoon)1251251051054848667BDRM(Delta667BDRM(Delta)1201201001004848971(Akula)971(Akula)11011090904848水声学第7章 水下噪声617.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声4 4 4 4、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级水声学第7章 水下噪声627.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声4 4 4 4、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级水声学第7章 水下噪声637.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声4 4 4 4、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级水声学第7章 水下噪声647.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声4 4 4 4、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级水声学第7章 水下噪声657.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声4 4 4 4、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级、舰船、潜艇、鱼雷辐射噪声级水声学第7章 水下噪声667.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声测量方法：测量方法：让被测船航行通过远处的测量水听器来实现测量。布放方式：布放方式：n 固定式（岸站）：在合适海区布放水听器阵，并用电缆和岸上测试中心连接；n 活动式：测量设施安装在测量船上，在预定的测量海区，测量船双锚定位，并布设测量水听器阵。5 5 5 5、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量水声学第7章 水下噪声677.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声水听器阵形式：水听器阵形式：n 潜艇和鱼雷深海（大于60米）、垂直阵；n 水面舰船浅海（大于30米）、水平阵。5 5 5 5、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量水声学第7章 水下噪声687.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声宽带噪声级与单位带宽谱级：宽带噪声级与单位带宽谱级：辐射噪声通常以1Hz带宽内谱级表示，但对于测量仪器设备有一定工作带宽为W，该带宽内噪声级为BL，则1Hz带宽内的谱级为：BL0=BL-10lgW 5 5 5 5、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量注意：注意：上述噪声为白噪声，如果被测带宽内有线谱噪声，则归算上述噪声为白噪声，如果被测带宽内有线谱噪声，则归算方法不再适用。方法不再适用。水声学第7章 水下噪声697.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声5 5 5 5、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量n 通常测量是在远场，一般按照球面波扩展规律进行修正，归算到离声源声中心1米处；n 距离修正：需要精确知道水听器与被测舰船之间的距离，水上目标用六分仪、激光测距仪或雷达测距，而水下目标测试一般采用同步钟测距装置（主动声纳）；n 测量海域：选择“安静”海域；n 舰船辐射噪声测量是一项专门测量技术，随着潜艇隐身技术水平的提高，对测试技术和设备提出更高的要求。水声学第7章 水下噪声707.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声5 5 5 5、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量澳大利亚安静潜艇辐射噪声测量系统澳大利亚安静潜艇辐射噪声测量系统SAURSAUR 水声学第7章 水下噪声717.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声5 5 5 5、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量美国美国PSIPSI潜艇辐射噪声测量系统潜艇辐射噪声测量系统(PVLAMS(PVLAMS垂直阵垂直阵)水声学第7章 水下噪声727.3 7.3 舰船和鱼雷辐射噪声舰船和鱼雷辐射噪声5 5 5 5、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量、辐射噪声的测量美国潜艇辐射噪声测量系统（高增益系统）美国潜艇辐射噪声测量系统（高增益系统）水声学第7章 水下噪声737.4 7.4 舰船、潜艇和鱼雷自噪声舰船、潜艇和鱼雷自噪声舰船、潜艇和鱼雷的自噪声：舰船、潜艇和鱼雷的自噪声：是本舰声呐或鱼雷制导系统的一种特殊干扰背景，在声呐方程中表现为背景干扰噪声，是舰船、潜艇和鱼雷上的各种声源产生的。自噪声与辐射噪声区别：自噪声与辐射噪声区别：（1）相同点：）相同点：声源基本相同；（2）不同点：）不同点：n 在声呐方程中的作用不一样，辐射噪声为SL，自噪声为NL；n 自噪声的传播路径复杂，而且可变；n 自噪声为近场噪声，辐射噪声为远场噪声，性质和特性不同。水声学第7章 水下噪声747.4 7.4 舰船、潜艇和鱼雷自噪声舰船、潜艇和鱼雷自噪声噪声源：噪声源：n 机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声。n 水动力噪声，特别是流噪声，对声呐设备影响是十分严重。1 1 1 1、舰船自噪声、舰船自噪声、舰船自噪声、舰船自噪声源及源及源及源及其一般特征其一般特征其一般特征其一般特征水声学第7章 水下噪声757.4 7.4 舰船、潜艇和鱼雷自噪声舰船、潜艇和鱼雷自噪声1 1 1 1、舰船自噪声、舰船自噪声、舰船自噪声、舰船自噪声源及源及源及源及其一般特征其一般特征其一般特征其一般特征（1 1）机械噪声和螺旋桨噪声）机械噪声和螺旋桨噪声 它们是自噪声的主要声源。n 机械噪声：机械噪声：是噪声低频段的单频分量，在低速航行时，舰船的辅机是主要的自噪声源，与航速几乎无关。n 螺旋桨噪声：螺旋桨噪声：在高航速、高频/浅海和艇尾方向，它才是主要自噪声源。水声学第7章 水下噪声767.4 7.4 舰船、潜艇和鱼雷自噪声舰船、潜艇和鱼雷自噪声（2 2）水动力噪声）水动力噪声产生机理：产生机理：n 水流流经水听器、水听器支架座和船体外部结构所形成的噪声，如湍流附面层水听器上产生湍流压力、流激壳体振动、空化和涡流辐射噪声；噪声源距水听器近、随速度的增长快；n 海水波浪冲击船身产生噪声，船艏声呐的主要干扰背景；n 航行中水听器与水的摩擦及撞击产生的噪声，通过安装流线型导流罩降低水流的直接撞击和防止空化噪声的产生。1 1 1 1、舰船自噪声源及其一般特征、舰船自噪声源及其一般特征、舰船自噪声源及其一般特征、舰船自噪声源及其一般特征水声学第7章 水下噪声777.4 7.4 舰船、潜艇和鱼雷自噪声舰船、潜艇和鱼雷自噪声1 1 1 1、舰船自噪声源及其一般特征、舰船自噪声源及其一般特征、舰船自噪声源及其一般特征、舰船自噪声源及其一般特征水声学第7章 水下噪声787.4 7.4 舰船、潜艇和鱼雷自噪声舰船、潜艇和鱼雷自噪声（2）水动力噪声）水动力噪声流噪声（一种特殊的水动力噪声）：流噪声（一种特殊的水动力噪声）：n 流噪声是由水听器附近的湍流附面层中的湍流，作用在水听器表面上的压力形成的。1 1 1 1、舰船自噪声源及其一般特征、舰船自噪声源及其一般特征、舰船自噪声源及其一般特征、舰船自噪声源及其一般特征水声学第7章 水下噪声797.4 7.4 舰船、潜艇和鱼雷自噪声舰船、潜艇和鱼雷自噪声流噪声特性：流噪声特性：n 流噪声谱：低频段平坦，高频段以-9dB/o