潛艇噪聲
關注創建者：聲學仿真初學者 創建時間：2023-06-27
潛艇噪聲的實例教程
黃健鷹[35]系統性分析了操縱隱身的戰術策略，提出了定性的建議：選擇恰當的航行深度；近水面航行時減少無效舵；陣地待機時采用無航速定深懸停；機動時采用低噪聲操艇方式，如控制偏舵角在10°以內，轉舵速度小于3 （°）/s等。目前，國內還沒有專門關于低噪聲操舵策略的定量研究，但是經驗性結論基本一致。例如，胡坤等[36]研究了潛艇操舵速率對規避魚雷等戰術機動的影響，指出操舵速率的增大能夠增加潛艇在規避魚雷戰術機動過程中的擺脫概率，從而提高潛艇的生命力；但是操舵速率過大會加大舵機的載荷，同時提高潛艇操舵時的自噪聲，進而影響潛艇的隱蔽性。李光磊等[37]指出，低速時選擇合理的操舵控制規律，保證盡量小的舵角、盡量少的轉舵次數、盡量慢的變化頻率來控制潛艇運動，可以極大地降低潛艇噪聲。林超等[38]設計了二自由度控制策略，以更低的操舵速度、更小的操舵角、更少的操舵次數，來降低潛艇操舵系統噪聲。黃利華等[39]仿真分析了潛艇定深轉向機動下，不同舵速對振動噪聲、機動時間等機動狀態參數的影響，結果表明：最大舵速值由100%（3.5 （°）/s）降低至20%（0.7 （°）/s），進行轉向機動，其超調量均滿足標準要求（機動范圍10%內），機動時間比最大轉舵速率100%時的機動時間多出10 s，但舵機系統的振動噪聲最多可降低約5 dB。低噪聲狀態下，操舵角速度應為1 （°）/s，提高這一角速度將導致艇在機動過程中輻射噪聲增大。
6.
展開 4、輻射噪聲的測量
測量方法：讓被測船航行通過遠處的測量水聽器來實現測量。 按照測量水聽器、設施布放方式：固定式和活動式。 水聽器陣形式：潛艇和魚雷——深海(大于60米)、垂直陣；水面艦船——淺海(大于30米)、水平陣。
用于測量輻射噪聲的水聽器布設
輻射噪聲通常以1Hz帶寬內譜級表示，但對于測量儀器設備工作帶寬為W，該帶寬內噪聲級為BL，則1Hz帶寬內的譜級為BL-10lgW。
注意：上述噪聲為白噪聲，如果被測帶寬內有線譜噪聲，則歸算方法不在適用。
通常測量是在遠場，一般按照球面波擴展規律進行修正，歸算到離聲源聲中心1米處。因此，需要精確知道水聽器與被測艦船之間的距離，一般采用同步鐘測距裝置(主動聲納)。目前，艦船輻射噪聲測量是一項專門測量技術，隨著潛艇隱身技術水平的提高，對測試技術和設備提出更高的要求。
本文摘自百度文庫《水下噪聲》一文
展開 不斷重復，年復一年，盡心盡力，你才可能較明顯地減小潛艇噪聲，獲得10倍的安靜”。
實際上，美國正是在這種理念的指引下，取得了潛艇隱身技術的不斷進步，以潛艇水聲試驗場為代表的水下噪聲試驗手段的發展正是為貫徹這種理念的實現提供了必不可少的條件。
20世紀末期以來，水下噪聲試驗手段的進步推動了各先進國家不斷推出新型隱身性能潛艇，從俄羅斯的基洛級、美國的Virginia級，德國212型、瑞典哥特蘭級、英國機敏級等等。
伴隨這些先進潛艇同時發展壯大的是諸如美國東南阿拉斯加水聲試驗場、大西洋試驗場、本的奧瑞湖水聲試驗場、德國Aschau淺水水聲試驗場、挪威Heggemes深水水聲試驗場、英國Rona水聲試驗場等先進的固定水聲試驗場的建立與壯大。
發達國家建立了水下噪聲試驗從試驗室模型機理試驗-湖試大模型試驗-海試實艇試驗的完善試驗體系，走過了從單水聽器、多水聽器到聲陣的發展路程，從淺水試驗場邁向深水試驗場的發展歷程，一些國家不具備建設大型水聲試驗場條件，而簡便實用的近場測量手段也隨之有了發展的空間。隨著潛艇隱身性能的提升，水動力噪聲問題逐步顯現，水動力噪聲試驗手段同樣走過了不斷發展的歷程。
21世紀以來，民船水下噪聲問題逐步受到重視，水下噪聲試驗手段也逐步在民船試驗中發揮作用。
展開 核潛艇的核反應堆在運行時噪聲較大，因此那時北約主要發展用于監聽噪聲的被動聲吶站，對窄帶信號的檢測成為聲吶信號處理的關鍵技術。在冷戰后期，北約依靠新的信號處理技術削弱了蘇聯降低潛艇噪聲所獲得的優勢。這個時期反潛的特點就是大力發展被動聲吶，包括拖曳陣和被動聲吶浮標。
現在西方海軍多在第三世界國家周圍的海域活動，威脅主要來自常規潛艇。常規潛艇可以關閉發動機潛伏在海底不發出一點聲響，采用新型不依賴空氣動力裝置(AIP)的潛艇甚至可以潛伏幾星期。此時，被動聲吶就無法對潛艇實施有效探測。此外，第三世界國家周圍水域多為比大西洋或挪威海淺得多的淺海，常規潛艇可以靜臥在海底，讓復雜的海底地貌幫助它躲避追蹤;在一些表面聲道很窄的地方，聲波舍被海底多次反射;在濱海水域探測潛艇，還可能遇到一些特殊情況(如河流的入海口)。上述問題都可能會影響聲吶探測，英國艦隊1982年在馬爾維納斯群島作戰時就遇到過這類問題。鑒于上述情況，美英海軍對被動拖曳聲吶的興趣大大降低。美國“阿里伯克”級驅逐艦不再裝備SQR-19拖曳聲吶。英國海軍23型護衛艦的203l型被動聲吶也被2087型低頻主動聲吶所取代。
盡管被動聲吶技術發展趨緩，但還遠未到被淘汰的地步。只要水面艦艇依然產生噪聲、核潛艇依然會發出規則的聲信號，就會有被動聲吶存在。目前幾乎所有的潛艇都裝備被動聲吶，但是在搜索柴電潛艇時主動聲吶仍必不可少。
低頻主動聲吶技術
安靜型柴電潛艇的廣泛裝備，使聲吶技術的研究熱點重新轉移到主動聲吶上。但主動聲吶有兩個缺點，一是聲吶發射的聲波會被反潛設備接收到，使潛艇暴露目標并遭到攻擊;二是主動聲吶在淺海的作用距離受海床的影響。聲吶脈沖會在海底和水面之間反射，沿不同路徑返回(即“多途效應”)。此時會有微小的時延，在接收機上形成混響干擾，掩蓋目標的回波。
展開 近日，網絡上曝光了一組中國海軍的093G攻擊潛艇圖片，而在這次確信093G型號之前，他們曾一度認為這是中國最新型號的095核攻擊潛艇。軍事專家分析，093G型核潛艇上新型鷹擊-18導彈的裝備，大大提高了新型核潛艇的打擊威力，加強了新型核潛艇的水下威懾力。
根據這幾年屢屢曝光的093G型常規潛艇的指揮艙圖片看，中國潛艇已經裝備自動化程度高，信息化能力強的新一代潛用指揮控制系統。另外，中國最新改進型攻擊核潛艇，在最新技術的自然循環反應堆的推動下，采用多種先進降噪技術，已具備110分貝以下的噪聲水平。
專家由此判斷，中國目前最先進的093G、095和096核潛艇的噪聲水平可以與美國現役弗吉尼亞級核潛艇持平。即使按之前媒體透露的美國弗吉尼亞級核攻擊潛艇的噪聲水平在100分貝，中國的上述三款核潛艇也沒有明顯的劣勢。更主要的是中國新型核潛艇反應堆的改進升級成功，會讓中國核動力潛艇的后續發展獲得一個更穩定可靠的平臺。
093型核潛艇的建成和服役，對中國海軍的水下艦隊具有劃時代的意義，這種潛艇共有2個型號，一個是093基本型，另一個是093G型。093基本型核潛艇可以搭載12枚“鷹擊18”導彈，這種導彈的射程為130～180千米。093G型潛艇可以配備鷹擊-18型導彈24枚。配備這些導彈的核潛艇，性能遠遠超過常規潛艇，對美國海軍的航母編隊構成了巨大的挑戰。
截至目前，中國總共建造和服役了2艘093基本型核潛艇和4艘093G型核潛艇。其中，2艘093基本型總共可以發射24枚“鷹擊18”導彈，而4艘093G型核潛艇總共可以發射96枚鷹擊-18導彈。總的加起來，我國的093型核潛艇艦隊一波齊射就可以向美國的航母編隊發射120枚導彈。
由于093G攻擊型核潛艇不需要像柴電潛艇那樣經常上浮換氣，水面航速為20節，水下航速為30節。
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這個方程有個特解，就是當一個源強為1的點源位于r0點時：
1.1.2 積分方程
一般，邊界元解決的工程問題都是結構表面振動或者流體表面脈動壓力導致聲音在外空間均勻介質傳播的問題，譬如汽車蓋在空氣中由于發動機振動導致的噪聲、潛艇在無限水域的輻射噪聲。此時聲源只在表面，輻射區域沒有聲源，對V內的任意一點。
其中為輻射體域內任意一個場點位置。
潛艇操舵系統噪聲綜述[J].
如果早期核潛艇噪聲為160分貝，只要采用二次隔振的減振浮筏，就能將噪聲降低至120分貝，結合消聲瓦，完全可以將噪聲控制在110分貝之下。
圖13 BK水聽器圓盤陣列與典型圓盤平面陣指向性仿真結果
5.4 矢量水聽器測試技術
隨著安靜型潛艇技術的發展，俄羅斯進一步開展了聲壓一振速組合傳感器測量潛艇輻射噪聲的技術研究，釆用聲壓一振速聯合信號處理技術，用于對低信噪比潛艇進行噪聲指標評估。研究了多種測量系統和弱信號提取技術，能夠有效地測量比海洋背景噪聲低10-20dB的潛艇噪聲。
空化噪聲譜隨航速和深度的變化關系
工作在潛望鏡深度的潛艇的寬帶輻射噪聲
頻譜特點：在高頻段，譜級隨頻率以6dB/Oct斜率下降；在低頻段隨頻率增高而增高；譜峰(100Hz~1000Hz)隨航速和深度而變化，當航速增加和深度變淺時，譜峰向低頻移動。
主要用于聽測潛艇輻射噪聲，進行遠程監視、測向和識別，有的也可用于測距，由線列基陣、拖曳電纜、收放裝置和絞盤、電子機柜等組成。由于遠離螺旋槳不受噪音干擾，尺寸又長達數百米，聲學孔徑大增頻率降低，所以探測距離遠達上百千米，可以探測安靜型潛艇。
⒉非聲學探測設備
隨著聲學探潛技術的發展，新型潛艇的研發都將“聲隱身”技術作為重點研發方向，美國“弗吉尼亞”級、“哥倫比亞”級等新型潛艇聲噪聲低于海洋背景噪聲，使用聲學探測手段很難探測，非聲學探測手段的重要性日益提高。目前的非聲學探測方式主要包括雷達探測、磁場探測、激光探測、生物探測、紅外探測、廢氣探測、電場探測、核輻射探測等。
據報道，美國海軍裝備的潛艇噪聲在90dB左右，與海洋背景的噪聲相當，單一使用聲學探潛已經不能滿足現代反潛的需求。生物探潛技術還在論證階段，距實際應用還有很長的時間。電場探潛、核輻射探潛只能針對特定類型的潛艇，探潛方式的通用性差。目前紅外探潛技術得到了廣泛應用，紅外探測儀AN/AAR-37裝備在美軍P-3C潛艇上，通過紅外探測系統（FLIR）感應海水溫度變化，從而推斷潛艇是否存在。
據報道，美國海軍裝備的潛艇噪聲在90dB左右，與海洋背景的噪聲相當，單一使用聲學探潛已經不能滿足現代反潛的需求。生物探潛技術還在論證階段，距實際應用還有很長的時間。電場探潛、核輻射探潛只能針對特定類型的潛艇，探潛方式的通用性差。目前紅外探潛技術得到了廣泛應用，紅外探測儀AN/AAR-37裝備在美軍P-3C潛艇上，通過紅外探測系統（FLIR）感應海水溫度變化，從而推斷潛艇是否存在。
