Федеральное Агентство
Научных Организаций

Российская Академия Наук

Отделение энергетики, машиностроения
механики и процессов управления

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки

Институт машиноведения
им. А.А. Благонравова
Российской академии наук

  • русский
  • english

Разработка аналитических методов расчета вынужденных колебаний корпуса, представляемого в виде  конечной упругой цилиндрической оболочки в жидкости, излучаемых корпусом первичного и вторичного полей и их активного гашения

Разрабатываются: Физико-математическая модель (ФММ) колебаний и излучения цилиндрических оболочек в жидкости, алгоритмы  и программы расчета первичного  и  вторичного  гидроакустических  полей, создаваемых объектом  в низкочастотном звуковом диапазоне (до 500 Гц).

Разработки направлены на  решение задачи обнаружения объекта в мелком море с использованием низкочастотной гидролокации (НЧГЛ). Необходимость решения задачи диктуется  следующими обстоятельствами: а) ожидаемыми зонами действий являются мелкие моря; б) в мелком море эффективна низкочастотная гидролокация  (высокочастотная  не работает); в) на низких частотах   сильно проявляются  резонансные колебания упругого корпуса объекта; г) на низких частотах пассивное покрытие корпуса не работает, поэтому без активных методов гашения не обойтись.

В США с 90-х годов интенсивно развиваются активные методы обнаружения  объектов по вторичному гидроакустическому полю, а для акустической  защиты объектов разрабатываются «интеллектуальные покрытия».  
Под вторичным полем понимается следующее. Рис. 1. На объект из некоторой точки пространства падает зондирующий звуковой сигнал от излучающей антенны. Под действием этого сигнала возбуждаются вынужденные колебания корпуса объекта, создающие рассеянное поле. Рассеянное поле  регистрируется приемными антеннами, расположенными в других точках пространства с различными углами наблюдения, т.е. в бистатическом (или мультистатическом) режиме. Объект сам по себе может быть  бесшумным (по первичному полю), но он  обнаруживается по акустической тени, т.е. по вторичному (переизлученному) полю.

Рис.1

Характерные особенности разрабатываемой динамической модели и метода решения, определяющие  новизну и полезность:

  • основу динамической модели составляет конечная упругая цилиндрическая оболочка со свободными концами, плавающая в жидкости (в отличие от  бесконечной оболочки или с граничными концевыми условиями Навье),
  • объект в полной динамической модели представляется в виде оболочечной конструкции, состоящей из отсеков, моделируемых цилиндрическими оболочками, соединенными между собой переборками. Переборки моделируются упругими кольцами, на которых закреплено амортизированное оборудование. Оборудование моделируется сосредоточенными массами. Цилиндрические оболочки отсеков подкреплены шпангоутами. Рис.2
  • применены  аналитические и численно- аналитические  методы расчета (в отличие от метода конечных элементов),
  • предложен способ решения интегро-дифференциального уравнения и получено дисперсионное уравнение, определяющее «мокрые корни» для конечной цилиндрической оболочки в жидкости.
Рис. 2

Теоретическая основа. Использованы полные уравнения теории упругости цилиндрических оболочек [1].  При определении давления жидкости на поверхность оболочки и решении дифракционной задачи использованы работы [2,3]. Вторичное поле в дальней зоне определено по интегральной формуле Кирхгофа–Грина с использованием [3].

Экспериментальные исследования не проводились.
В результате расчетов определяются параметры виброакустического состояния корпуса объекта (модели оболочечной конструкции)  и характеристики вторичного гидроакустического дальнего поля:

  1. АЧХ колебаний корпуса в ускорениях по 4 координатам (U,V, W, W’). Рис.3
  2. Формы колебаний корпуса по этим же координатам.
  3. Угловое распределение давления рассеянного поля по углу наблюдения.
  4. АЧХ уровней максимального давления (по результатам расчета угловых распределений давления). Рис.4.
  5. Диаграммы направленности вторичного поля по сумме первых 15-ти окружных гармоник.  Рис.5.
АЧХ колебаний АЧХ Рmax давления
Рис. 4  

 


Рис. 5  

Разрабатываемые методы расчета первичных и вторичных полей  могут  быть  использованы для   акустического проектирования объектов и  разработки   активных методов гашения полей].
Разрабатываемая математическая модель  излучения корпуса может быть использована в качестве объекта наблюдения при разработке  компьютерной модели системы НЧГЛ.