[发明专利]舰艇振动壳体的辐射噪声预测方法

权利要求书

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 、

和法向加速度信号，其中表示为壳体边界的位置;

S200：对所述切向加速度信号、和法向加速度信号进行时间积分得到切向速度、和法向速度；

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、和法向速度变量

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；

其中，

对于所述步骤S300的模型，其中：

声场变量包括：声压大小、声波切向速度和、声波法向速度，其中，和以及中的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；

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：

，

声压为标量，声压的控制方程为：

，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、、；声压为标量，在辐射声场中采用表示，

该控制方程表达为矩阵形式：

其中，为声场变量矩阵，为；、、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：

，其中，为声场变量矩阵，为，为矩阵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，

，其中，s为积分步数，为时间积分系数，下一时刻的声场速度、声压变量的大小，则通过下式计算获得：

，

当s=5时，积分所需的系数为：

，，

，，；

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：

，

，其中，为吸收层中的辅助变量，、、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：

，

，

，

其中，上标β表示常值指数，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，、、为吸收层在x、y、z方向上的初始位置，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：

，

其中，表示壳体内部任意空间点与壳体中心轴线间的距离，为壳体曲率半径大小，并且为辐射声场和边界吸收层间过渡层的大小，, h为空间离散时的网格大小。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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、

和法向加速度信号。

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、和法向加速度，进行时间积分获得振动壳体上多点的切向速度、和法向速度：

，

，

其中，、是时刻下的两个切向速度，是时刻下的法向速度；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；f为振动加速度传感器的采样频率。