水下噪聲分析的案例
極地科考破冰船水下輻射噪聲分析
由于有些科考破冰船采用全方位推進裝置, 其螺旋槳噪聲應擴展到水下推進器的整體噪聲, 而且這類噪聲往往是控制的重點和難點。其中, 水動力噪聲又稱作流噪聲, 屬于流體動力學噪聲的一種, 是船舶在海面運動時形成的水流內部應力和船體與水流之間壓力共同作用的結果, 其中包含由于船體曲面或附體在運動中激起的下泄氣泡以及渦流帶來的噪聲, 如圖4所示。機械噪聲由主機、輔機等精密船載設備產生, 主要集中在低頻段, 但由于其成分較為復雜, 且海洋背景噪聲大多為低頻, 因而實際提取識別時較為困難, 針對主機振動噪聲的分析如圖5所示。螺旋槳噪聲是指高速旋轉的螺旋槳在水中振動輻射產生的聲波, 其中包含螺旋槳空化噪聲及螺旋槳葉片振動引發的噪聲, 如圖6所示, 如果采用安裝于船尾、浸沒于水中的全方位推進裝置, 這類推進器噪聲除了螺旋槳噪聲以外, 還有推動螺旋槳旋轉的水下推進電機或齒輪傳遞的噪聲。
圖4 船體水動力噪聲渦流分析示意圖
圖5 主機振動噪聲分析示意圖
圖6 針對螺旋槳噪聲的空泡試驗示意圖
影響水下輻射噪聲的全方位推進裝置有吊艙全回轉推進器、齒輪全回轉推進器和直葉槳推進器等。這類推進裝置一般安裝在科考船、破冰船和海洋工程船等船型的尾部作為主推進器。它們有個共同的特點, 即利用船尾水下安裝的特殊形式實現常規螺旋槳與舵的聯合控制, 使其具備“舵槳合一”功能。這一特點導致水下輻射噪聲級別和頻率范圍不同于常規螺旋槳。采用此類推進裝置的船型, 在建造設計之初就必須重點關注水下推進器的噪聲并嚴格加以控制。
展開 韓梅等：水下聲學浮標南中國海海洋環境噪聲實測分析
三
結論
本文利用2019年8月在南中國海某海區組織的多臺“G-Argo”水下聲學浮標試驗某一白天的數據，分析給出了20Hz～3.15kHz頻率范圍內的海洋環境噪聲譜級，試驗期間浮標平臺附近有水面航船經過，借此探討了附近水面航船對不同頻點海洋環境噪聲影響。結果表明，浮標平臺附近水面航船對200Hz～1.6kHz頻段范圍內海洋環境噪聲譜級影響較顯著，另外，除水面航船影響時間點外，在100Hz以上的高頻段，海洋環境噪聲譜級約以?4dB～?7dB每倍頻程的規律下降，符合典型風關噪聲變化規律。但是，本文只提供了南中國海某一特定海域一天范圍內的海洋環境噪聲數據，這不足以評估整個南中國海范圍內的海洋環境噪聲特性，因此需要進行更長時間和更大范圍內的海洋環境噪聲測量，以便獲取完整的海洋環境噪聲分布數據和分析環境噪聲統計特性變化規律。本文工作顯示，水下漂流移動平臺在海洋環境噪聲監測方面應用具有良好的廣闊前景。
展開 國外水下噪聲試驗手段發展趨勢
1975年，美國海軍開始測量貨船的窄帶譜，通過測量一艘基準商船建立精確地商船噪聲參數模型，然后測試多艘商船來擴展此參數模型使其適用于世界上大多數商船。
回歸分析得到航速、吃水、馬力、船長及主機類型等工程參數與輻射噪聲源級之間的擬合關系。美國水面戰艦中心的Arveson (2000)[18]對現代貨船的輻射噪聲特性進行了試驗研究。
位于巴哈馬的實驗區深度1830m,底部布放水聽器和跟蹤陣，表面有雷達表面測距系統。
作者釆用球面波
(20log)
衰減對測量結果進行修正。作者對柴油發電機、主推進器發動機點火頻率、葉頻、推進器噪聲波形、低頻連續譜、高頻連續譜、甲板振動監測等做了分析，并得到了輻射噪聲的指向性，給出了推薦器葉頻譜級的預報模型。
2001
年美國海軍研究試驗室的
Wales
建立了商船輻射噪聲源譜模型。
圖24 Arveson貨船輻射噪聲特性試驗
海洋及內河運輸業的發展使營運船舶迅速增加，船舶運輸尤其是船舶水下噪聲污染嚴重影響了水生生物的生存環境。隨著環境保護意識的提高，船舶水下輻射噪聲問題越來越受到關注。
1995年Mitson對試驗船的輻射噪聲和對魚類的影響進行了研究。2004年伍茲霍爾海洋研究所海洋政策中心McCarthy出版了水下噪聲的國際章程，建立法律和標準來限制海洋噪聲污染。國際海事組織已經開始著手研究水下噪聲限制規范，ISO也在為船舶水下噪聲測試著手建立一系列標準性文件。
DNV為工程船建立了水下輻射噪聲測試標準和限值標準[21]。
展開 基于海洋環境噪聲水下探測研究進展
水下目標監視系統，通過接收目標的輻射噪聲或散射聲波對目標進行分類、識別和定位，長基線低頻被動聲吶可以監視諸如潛艇之類的大目標，在航行過程中產生較大的輻射噪聲。聲波在水下可以遠距離傳播，目標識別系統通過聲吶被動接收目標的輻射噪聲對目標進行特征分析，聲矢量傳感器可用于水下弱目標識別與檢測。
在傳統的聲吶系統中，海洋環境噪聲掩蓋了目標聲音的特征，從而阻礙了目標信號的檢測。但與此同時，海洋環境噪聲中也攜帶了豐富的海洋環境信息，利用海洋環境噪聲可以實現水下目標聲成像。
FLATTE′S和MUNK等在《簡式防務周刊》首次探索了將海洋環境噪聲作為聲學“照明”源形成水下物體圖像的可能性，海洋環境噪聲在水下目標存在時發生改變來判斷目標的存在。20世紀80年代，BUCKINGHAM提出了聲學照明的想法，用海洋噪聲充當“光源”，將噪聲“照射”成像比擬大氣中日光照相，對海洋中的目標進行探測和成像。BUCKINGHAM針對海洋環境噪聲，進行水下目標散射聲場的計算。
POTTER將海洋環境噪聲場用作照明裝置，建立靜止物體被動成像理論，并給出仿真的圖像。日本學者KAZUYOSHI等采用基于時域有限差分分析的水聲透鏡系統進行環境噪聲成像研究。國內一些學者也對基于海洋環境噪聲目標探測進行了研究。曾娟等提出一種利用環境噪聲作為照明聲源的目標探測方法，在理論上給出了圓形壓釋目標被環境噪聲照射的噪聲場。林建恒等采用散射理論方法研究了水下目標對于海洋環境噪聲的散射擾動特性。蔣國健等提出了通過聲陣聚焦接收、增加積分時間以及頻域處置等方式增強水下目標聲學可見度。李小雷等基于環境噪聲互相關和環境噪聲自相關理論，利用海浪噪聲進行安靜目標探測。孟昭然研究了雨致噪聲源水下目標類光聲成像。
在理論研究的基礎上，各國學者進行了大量的實驗研究。
展開 
LMS Virtual.Lab風扇(水下螺旋槳)噪聲經典論文
目前不少朋友做風扇噪聲（包括水下螺旋槳），在這里跟大家共享兩篇非常經典的論文，一篇是楊瓊方、王永生老師做的水下螺旋槳噪聲計算的，另一篇是一AIAA的論文，里面對理論講得非常詳細！需要做這方面的朋友，一定要看看這兩篇論文！
論文下載地址：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=1674202074&uk=1560578551
另外，在VL12里面也即將推出葉輪機械寬頻噪聲算法，到時候我和lengxuef把相關資料再發到論壇上供大家學習！
展開 LMS Virtual.Lab風扇(含水下螺旋槳)噪聲經典論文
目前不少朋友做風扇噪聲（包括水下螺旋槳），在這里跟大家共享兩篇非常經典的論文，一篇是楊瓊方、王永生老師做的水下螺旋槳噪聲計算的，另一篇是一AIAA的論文，里面對理論講得非常詳細！需要做這方面的朋友，一定要看看這兩篇論文！
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展開 電機振動噪聲建模分析：ANSYS電機振動噪聲分析
結論與展望
通過ANSYS Workbench可以方便的分析電機振動噪聲，此外在此基礎上還可以進行多轉速分析以及對電機參數進行優化分析。
文章來源：易仿真
電機振動噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
電動機與發電機等電力設備的噪聲起因很多，有電磁振動噪聲、機械噪聲及流致噪聲等等，本文通過ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細介紹如何將作用在定子上的瞬態電磁力作為結構諧響應分析的載荷計算振動噪聲。
1.電磁模型建立與分析
如圖1所示為一個電機模型，電機的額定輸出功率為550W，額定電壓為220V，極對數為4，定子齒數為24個，轉子的轉速為1500rpm，求電磁振動產生的噪聲大小。
本算例使用的模塊如下：
RMxprt模塊：建立電機類型；
Maxwell模塊：2D瞬態電磁場計算；
Structural 模塊：3D諧響應分析計算；
Acoustics ACT模塊：噪聲計算
注：Acoustics ACT模塊需要單獨安裝，請用戶到官方網站上自行下載。
圖1 電機模型
電機的電路模型如圖2所示。
圖2 電機電路模型
1）啟動Workbench。在Windows XP下單擊“開始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench15命令，即可進入Workbench主界面。
2）保存工程文檔。進入Workbench后，單擊工具欄中的按鈕，將文件保存為“zhendongzaosheng.wbpj”，單擊Getting Started窗口右上角的（關閉）按鈕將其關閉。
3）雙擊Toolbox→Analysis System→RMxprt模塊建立項目A，如圖3所示。
4）雙擊項目A中的A1欄進如RMxprt電機設置平臺，如圖4所示。
圖3 RMxprt模塊 圖4 RMxprt平臺
5）依次選擇菜單RMxprt→Machine Type，在彈出的電機類型選擇對話框中單擊Generic Rotating Machine選項，單擊OK按鈕，如圖5所示。
展開 電機振動噪聲建模分析：基于導入DXF轉子模型導入MANATEE的振動噪聲仿真分析
通過導入DXF文件與MANATEE的耦合可以更加方便，更加準確的進行電機電磁振動噪聲的仿真分析，為用戶提供了切實可行的解決方案。
文章來源：天源科技
水下潛艇濕模態分析（聲學模態模塊） ￥20
<div contenteditable="false" width="100%">
<p class="a X3"><strong><span id="_GoBack"><span class="a X3">1 </span><span class="a X3">工程背景</span></span></strong></p>
<p>潛艇在水下運行中除了受自身發動機的影響，外殼還會發生振動并激勵外場海水介質形成輻射聲場。因此，結構自身的振動特性分析是研究其輻射聲場強度分布的基礎。潛艇水下的振動模態，稱為水下潛艇的濕模態。</p>
<p>建模過程中需要建立流固耦合模型，其中流體為理想流體，滿足如下基本假設：</p>
<p>（1）流體是無粘和可壓縮的：</p>
<p>（2）聲波振幅相對較窄，這樣流體密度變化較小；</p>
<p>（3）波傳播與熱力學過程是絕熱的。</p>
<p>注：例子來自《<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS Workbench</a>設計、仿真與優化 第3版》p61，原書中采用插入命令流方式實現流固耦合，之前寫過采用act插件實現，<a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1197433" target="_blank" title="水下潛艇濕模態分析(插入命令流與ACT對比)">水下潛艇濕模態分析(插入命令流與ACT對比)</a>。
展開 電機振動噪聲建模分析：基于Motor-CAD的永磁同步電機E-NVH仿真分析（單一工況點噪聲）
目前，新能源汽車電機的噪聲問題變得越來越突出，電機的電磁振動噪聲是設計人員研究的熱點問題，而電磁振動噪聲的激勵源電磁力波至關重要。本文基于Motor-CAD對永磁同步電機進行電磁振動噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機的E-NVH分析提供理論依據，并為永磁同步電機的E-NVH提供優化途徑。
Motor-CAD是全球領先的新能源汽車電機選型分析及設計軟件，用于新能源汽車電機的選型匹配，優化設計，競品分析，拆解分析等。開發至今，已被全球主要的整車生產企業、電機生產商、科研機構及高校等廣泛使用。
Motor-CAD集成化軟件包，可在選型、設計階段高效地對電機進行電磁和熱性能測試；軟件包括：電磁（EMag）、熱（Therm）、機械模塊（Mechanical）和虛擬實驗室（Lab）四個模塊，可在幾分鐘內精確評估電磁、熱和電磁振動噪聲特性。
本例以一臺48S8P永磁同步電機為例，對電機的電磁噪聲進行仿真分析。通過Motor-CAD中的Mechanical模塊對電機E-NVH進行仿真分析，為后續的降噪方案提供思路。下圖所示電機的Motor-CAD模型圖，內置式永磁同步電機，具體的結構參數設置在此不再贅述。
展開 
整車電機振動噪聲：某混合動力汽車電機噪聲分析和降噪設計
以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象，針對其開發過程中出現的電機高頻噪聲過大問題，采取正向設計方法進行優化，提升了該電機的NVH性能，其聲品質有大幅提高。研究內容對工程實際具有指導意義。
關鍵詞
：混合動力電動汽車；NVH；電機
0 引言
混合動力電動汽車與傳統汽車相比結構差異較大．傳動系統及其運行模式作了改變。致使整車的振動噪聲與傳統車相比具有新特點，傳動系統在不同模式下表現出不同的NVH問題【I‘]，使得振動噪聲的控制更為復雜。較低的背景噪聲使得原來傳統汽車中被掩蓋的噪聲凸顯出來，電機的高頻電磁噪聲會嚴重降低車內噪聲的聲音品質，同時降低乘坐舒適性。另外。電機的高扭矩和高轉速特性對齒輪系統的高頻嘯叫噪聲控制提出了新挑戰，電動汽車動力總成振動噪聲問題不單單是發動機和變速器的結構噪聲和燃燒噪聲問題．傳動結構的變化導致發動機、電機、齒輪系統之間耦合振動更為復雜。目前針對電動汽車NVH研究的相關文獻較少。振動噪聲設計應該是正向設計而不是逆向設計。振動噪聲問題應該在設計階段就進行杜絕和優化，而不是出廠和售后問題。文中以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象．對其開發過程中電機高頻噪聲過大問題進行正向設計，采取優化措施。提升了該電機的NVH性能。其聲品質有大幅提高，對工程實際有指導意義。
1 問題描述及NVH測試
該車型的動力傳動系由發動機、行星齒輪系統、主電機、電池組、后驅電機組成。樣車在試車階段純電動模式驅動。電機轉速6250r／min時，駕駛室存在高頻電磁噪聲，車內噪聲主觀評價較差，聲品質較差；另外起步階段電機的高頻電磁噪聲同樣較大。該電機為8極48槽(極對數p=4)同步電機，該混合動力汽車的動力傳動系簡圖如圖1所示。
展開 基于Icepak的水下航行器電池艙段散熱仿真分析
摘 要：針對水下航行器的鋰電池組發熱問題，利用ANSYS Icepak軟件對不同散熱條件下的電池艙段內溫度氣流分布情況進行了仿真分析。結果表明：相比于艙內空氣自然對流冷卻，使用風冷散熱可大幅降低電池組平均溫度，并改善電芯之間的溫差，有利于提高電池組的環境適應性和放電功率，進而提升水下航行器的安全性和可靠性。
關鍵詞：鋰電池;Icepak;散熱仿真;水下航行器溫度場;
0 引言
隨著鋰電池的蓬勃發展，水下航行器越來越多的使用鋰電池作為動力能源。為滿足水下航行器的能量和功率需求，鋰電池組常采用單體密堆積方式成組，且水下航行器的電池艙段為密封環境，鋰電池組長時間高倍率放電所產生的熱量容易積累，導致部分單體電池溫度過高，發生內短路，進而引發熱失控[1]。因此，對水下航行器的電池艙段進行散熱設計及仿真分析，對保證水中裝備鋰電池組的安全可靠工作具備重要意義。
本文以水下航行器電池艙段為研究對象，利用Icepak有限元分析軟件對不同條件下艙內空氣自然對流散熱和風冷散熱的電池艙段溫度場進行數值模擬，得到不同風機功率、風機方向、電池單元間隙條件下電池艙段內部的溫度氣流分布，分析了電池艙段內部傳熱特性，并研究了影響電池艙段溫度場的主要因素。
1 計算模型
1.1 模型簡化
水下航行器電池艙段一般較長，電池艙段內沿軸向的熱量傳遞極少，為節約計算時間，將電池艙段的熱仿真簡化電池模塊艙段熱仿真分析。此外，電池艙段內各種螺釘、導線和鋁合金外框等對電池溫度場的影響很小，故在熱仿真分析時也將其省略。電池模塊由8個電池單元堆積組成，電池單元由8個單體電芯串聯組成，對64個電芯從左下方開始，順時針依次編號，電池模塊艙段模型及電芯標號如圖1所示。
展開 水下聲輻射機理與仿真分析
強化水下航行器聲隱身性能一直是提高海軍綜合突防能力、生存能力和作戰效能，并取得戰略、戰術優勢的重要途徑和核心舉措。由于重流體作用，水下結構的聲源分布和聲輻射機理特別復雜，這給水下聲輻射預報和低噪聲設計帶來不少的難題。本文首先對水下聲輻射機理進行了梳理；然后簡要介紹了Simcenter Acoustics聲仿真工具；最后，分別針對不同水下聲源給出了聲輻射仿真方法和流程，同時也分享了一些仿真案例，為相關的水下聲研究提供仿真經驗和數據參考。
一、前言
水下航行器噪聲的主要聲源有：機械噪聲、螺旋槳噪聲和水動力噪聲。這三種聲源根據產生的部位和機理，相互之間相互獨立也相互有所關聯。在低速隱蔽航行工況，機械噪聲是其最主要的噪聲源，其譜結構特征也最容易被敵方探測到。機械噪聲的主要來源是：動力設備與管路系統和艉部推進傳動系統；在巡航和高速工況，螺旋槳噪聲和水動力噪聲的貢獻量逐漸增大以至于占主導地位。有時為了簡化，水聲研究人員也會將這兩種噪聲統稱為流制噪聲，將螺旋槳作為最重要的流噪聲聲源。本文研究內容是對水下聲輻射機理進行詳細論述，并針對這5種機理采用不同的方法和流程來進行聲學仿真分析。
二、水下聲輻射機理
2.1 結構振動輻射聲
結構振動輻射聲的聲源特征可以視為結構輻射面上一個個具有一定相位關系的活塞輻射，結構表面振動引起附近流體的壓縮和擴張，密度變化而形成聲波傳播出去。因此，在考慮煤質振動速度時需要考慮煤質對結構振動的影響，在水聲學中稱為附連水的影響。
展開 基于AQWA的水下大尺度拖纜空間形位仿真分析
摘 要：為充分發揮水下大尺度拖纜在應用過程中的聲學性能，準確地對其深度進行調控，需預先知道其在水下拖曳狀態下的空間形位。由此，對拖纜的力學模型進行分析，結合某水下大尺度拖纜的參數，基于有限元仿真軟件AQWA對該拖纜進行4種典型航速的仿真分析，獲得穩態和疊加四級海況動態環境下拖曳陣纜的空間形位分布、波高響應、下沉深度、拖曳張力和傾斜角等重要參數，為該拖纜的海上試驗和應用提供參考。
關鍵詞：大尺度拖曳陣纜;空間形位;AQWA仿真;
0 引言
近年來，隨著海洋經濟和海防建設的不斷發展，為高效地在海洋大范圍內開展科學探測研究，高速大尺度拖曳系統在海洋科考和漁業探測領域的應用越來越多，而為更好地發揮水下拖纜的作用，需匹配聲場參數，實時動態調整其空間形位，控制其入水深度、傾斜角和張力等關鍵因素。空間形位主要受航速、纜長和拖纜平均密度的影響，在使用拖纜過程中，因其密度的不可改變性，通常通過調整航速和纜長獲得預期的深度。拖纜因長度較大，應用的環境復雜，在水中的流固耦合非線性度較高，需預先掌握其水動力學性能，以便提高海上作業效率。若通過實際的平臺測試拖纜的水動力學參數，不僅周期長，而且費用高。通過對拖纜進行仿真分析預先了解其水下拖曳的空間形位，提高海上作業成功率，已成為當前最有效的手段。國內外學者已對拖纜姿態開展一系列研究[1]。章浩燕等[2]采用簡化的解析方法對拖纜二維形態進行了研究；張大朋等[3]對300 m拖纜系統在低航速下的穩態拖曳進行了分析；朱克強[4]對不同截面纜的阻力系數進行了分析，并對100 m拖纜系統在低航速下的穩態拖曳進行了計算。這些研究可供拖纜分析參考，但主要面向的是中小尺度拖纜，且大多數沒考慮海浪的影響，與大尺度拖纜的實際應用有一定的偏差。
展開 