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原文传递静压下含空腔的吸声覆盖层性能分析与优化设计

论文题名：	静压下含空腔的吸声覆盖层性能分析与优化设计
关键词：	水下潜艇;吸声覆盖层;性能分析;优化设计
摘要：	水下潜艇的声隐身性能一直以来是其安全性能和作战能力的重要指标，也是水声工程领域的重要实际研究方向之一。声学覆盖层作为潜艇吸声减振的重要装备，合理设计其结构对提升潜艇隐身性能至关重要。伴随着现代国防对高端装备的需求不断增加，考虑潜艇深潜所处静压环境对吸声覆盖层的影响，获得更加接近实际情况的模拟模型，对吸声覆盖层的结构优化和实际应用具有重要意义。考虑静压影响的覆盖层的吸声机理很少有人研究，明确静压下吸声覆盖层的吸声变化原理，有助于开展静压下的覆盖层性能优化工作，从而获得静压下吸声性能更优秀的声学覆盖层结构。　　本文建立静压下吸声覆盖层性能分析模型，把静压对覆盖层形状的影响和静压产生预应力的影响加入吸声性能计算过程。基于该计算模型探索三种含典型空腔的吸声覆盖层在静压下的性能变化规律，初步得出静压下特定频段吸声性能相对好的结构类型，并简要分析静压影响特定频段吸声性能的原因。对两种含连通多腔体空腔结构的覆盖层开展静压下吸声性能和吸声机理分析，并进行空腔形状优化。开展静压下非周期性吸声覆盖层性能和机理分析，探索静压下覆盖层空间维度上的优化方式。具体研究内容如下：　　（1）考虑静压的吸声覆盖层性能分析模型。将含空腔的吸声覆盖层结构作为研究目标，以经典的Alberich型覆盖层有限元计算模型为基础，考虑静压产生的预应力和变形对吸声覆盖层的影响，建立静压下有限元计算模型。利用COMSOLMultiphysics多物理场耦合软件实现具体计算过程，并与相关文献所得静压计算结果对比，证明了该有限元计算模型的正确性。　　（2）静压下典型空腔覆盖层性能分析。基于所得静压下有限元数值计算模型，对比分析三类典型空腔覆盖层在考虑静压后的吸声性能变化，以覆盖层最大变形量、平均吸声系数、吸声系数变化量为指标，分析孔隙率相同时不同孔型覆盖层在相同静压下的性能差异，以及不同孔型覆盖层的吸声性能随静压的变化，并分析特定频段吸声覆盖层性能变化的原因，得到了静压下特定频段吸声性能较好的孔型覆盖层结构。　　（3）静压下连通型多腔体覆盖层的性能分析与优化。分析了静压下典型孔型覆盖层的性能后，本文继续分析静压下连通型多腔体覆盖层的吸声性能，得到原常压下吸声性能优秀的孔型覆盖层在静压下吸声性能变化趋势，并探索静压下含该类孔型的覆盖层吸声变化的原因。对连通型多腔体覆盖层开展静压下的孔型参数优化，得到静压下吸声性能优秀的覆盖层孔型结构。　　（4）静压下非周期性覆盖层性能分析与优化。在探索过周期性吸声覆盖层在静压下的吸声性能并进行孔型优化后，开展对非周期性吸声覆盖层的性能分析和机理分析，以探索新的优化维度。对单胞边长变化型覆盖层、空腔孔径变化型覆盖层、空腔高度变化型覆盖层开展静压下的性能分析，并探究其吸声性能变化的机理，为后续继续开展空间维度的覆盖层优化工作做基础。
作者：	周祥超
专业：	船舶与海洋工程
导师：	陈文炯
授予学位：	硕士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2022