潛艇低噪聲安靜操縱控制技術(shù)研究

1、精品文檔潛艇低噪聲安靜操縱控制技術(shù)研究王京齊1朱春景2楊衛(wèi)東3施生達(dá)1（1海軍工程大學(xué)船舶與動(dòng)力學(xué)院，湖北武漢430033；2海軍駐南京地區(qū)航天機(jī)電系統(tǒng)代表室南京210003；3海軍92337部隊(duì)，遼寧大連116023）摘要：聲隱身性能是現(xiàn)代潛艇重要的性能指標(biāo)之一。為了提高潛艇的聲隱身性能，除對(duì)潛艇主要噪聲源進(jìn)行減振降噪處理外，還需要在潛艇實(shí)際使用中應(yīng)用相應(yīng)的低噪聲安靜操艇技術(shù)。從潛艇使用出發(fā)，對(duì)潛艇噪聲組成及特性進(jìn)行了分析。分析、研究

2、了潛艇操艇控制系統(tǒng)的噪聲特性，在此基礎(chǔ)上對(duì)潛艇低噪聲操艇技術(shù)進(jìn)行了探討。結(jié)論對(duì)提高潛艇的隱蔽性具有一定指導(dǎo)意義，對(duì)新一代安靜型潛艇的研制提供參考。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：潛艇；低噪聲；操縱；控制技術(shù)中圖分類號(hào)：中圖分類號(hào)：U674.76；TB533.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：Studyonsubmarine’slownoisequitemaneuvercontroltechnologyWANGJingqi，SHIShengda，ZH

3、ANGWeikang(CollegeofNavalArchitecture&Power，NavalUniversityofEngineeringWuhan430033China)Abstract:Theacousticcovertnesscapabilityisoneoftheimptantperfmancesofmodernsubmarine.Fimprovingthesubmarine’sacousticscovertnesscap

4、abilityinadditiontoabsbvibrationlowernoiseofthemainnoisesourcesneedtoapplythelownoisemaneuvercontroltechniqueinsubmarine’spracticaloperation.FromthepointofviewofthisAnalysissubmarine’snoisecompositionsitsspecificproperty

5、arecarriedoutinthispaper.Byanalyzingresearchingthenoisefeatureofsubmarine’smaneuvercontrolsystemthepracticallownoisequitemaneuvercontroltechnologyisestablished.Theconclusionscansupplyguidetoimprovecovertnesscapabilityofs

6、ubmarinecanprovideusefulreferencefdesigningnewgenerationsilencesubmarines.Keywds:submarine；lownoise；maneuver；controltechnology潛艇的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠進(jìn)行水下隱蔽作戰(zhàn)，隱蔽性是關(guān)系潛艇作戰(zhàn)成敗的首要因素。潛艇的噪聲小、聲目標(biāo)強(qiáng)度低，潛艇的聲隱身性能就好，潛艇的隱蔽性就相對(duì)較好。實(shí)踐表明，隱蔽性是潛艇實(shí)現(xiàn)“隱蔽自己，

7、先敵發(fā)現(xiàn)，先敵攻擊”要求的重要基礎(chǔ)。由于聲波是迄今為止唯一可在海水介質(zhì)中有效遠(yuǎn)距離傳遞信息的載體，水聲探測(cè)是當(dāng)前探潛的主要手段，因此，潛艇的噪聲水平和聲目標(biāo)強(qiáng)度是潛艇隱身性能的主要標(biāo)志。潛艇噪聲水平和聲目標(biāo)強(qiáng)度的降低，不僅可減小被敵發(fā)現(xiàn)的距離，縮短敵魚雷聲導(dǎo)作用距離，而且改善了本身聲納工作環(huán)境，提高探敵的距離。但是，現(xiàn)有減振降噪技術(shù)，都是針對(duì)與潛艇的三大噪聲源相關(guān)的設(shè)備、裝置、艇體外部特征來(lái)治理的。事實(shí)上，同一裝置的操縱系統(tǒng)，不同的使用

8、方式、不同的操縱控制，潛艇的噪聲水平是很不一樣的。低噪聲安靜操縱控制技術(shù)是研究潛艇的操艇系統(tǒng)不同操縱控制對(duì)潛艇噪聲的影響及規(guī)律，操艇系統(tǒng)使用過(guò)程中的減振降噪是實(shí)現(xiàn)潛艇低噪安靜型的重要操縱控制技術(shù)。1潛艇噪聲組成及特性潛艇噪聲包括在空氣介質(zhì)中產(chǎn)生的空氣噪聲，在水介質(zhì)中產(chǎn)生的水噪聲。潛艇水噪聲又分為潛艇的輻射噪聲和自噪聲。潛艇輻射噪聲是由潛艇上的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)和潛艇運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生并輻射到水中的噪聲。輻射噪聲由離開(kāi)潛艇一定距離的水聽(tīng)器所接收，是被動(dòng)聲探測(cè)

9、裝置的“信息源”，它把潛艇的存在暴露給對(duì)方，是破壞潛艇隱身性能的主要因素。輻射噪聲是表征潛艇隱蔽性的重要指標(biāo)之一，用以評(píng)價(jià)被敵發(fā)現(xiàn)和遭受水中兵器攻擊的危險(xiǎn)性。潛艇自噪聲是安裝在潛艇某部位上的全向水聽(tīng)器接收到的、由于本艇自身動(dòng)力裝置、設(shè)備等的工作和潛艇運(yùn)動(dòng)所引起的水中噪聲。自噪聲是由潛艇自身因素決定的參數(shù)，是潛艇上安裝的聲收稿日期：收稿日期：基金項(xiàng)目：基金項(xiàng)目：國(guó)防重點(diǎn)基金項(xiàng)目（6140514）.作者簡(jiǎn)介：作者簡(jiǎn)介：王京齊（1968），男

10、，副教授，博士，Email:wuhanwangjingqi@精品文檔壓泵和油箱，保持一定的油壓，保證全艇液壓系統(tǒng)經(jīng)常充滿油，防止空氣進(jìn)入系統(tǒng)，改善液壓系統(tǒng)的工作性能。（2）液壓沖擊液壓系統(tǒng)中，當(dāng)管道中的閥門突然關(guān)閉或開(kāi)啟時(shí)，如操舵換向時(shí)，液壓管內(nèi)液體壓力發(fā)生急劇交替升降的波動(dòng)過(guò)程稱為液壓沖擊。當(dāng)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生液壓沖擊時(shí)，瞬時(shí)的壓力峰值有時(shí)比正常壓力要大好幾倍，可能造成管道和液壓組件的損壞，并導(dǎo)致系統(tǒng)的振動(dòng)和沖擊噪音。液壓沖擊可發(fā)生在下列兩

11、類典型工況：a.液體流速突變引起的直接和間接液壓沖擊；b.運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)產(chǎn)生的液壓沖擊此外，液壓系統(tǒng)中某些組件的動(dòng)作不夠靈敏，例如當(dāng)系統(tǒng)壓力突然升高，但溢流閥響應(yīng)慢，沒(méi)有迅速打開(kāi)，產(chǎn)生壓力超調(diào)，也引起液壓沖擊。因此，在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到緩沖液壓的沖擊，減小液壓沖擊的壓力峰值，如限制管道中液體的流速、縮短管道的長(zhǎng)度、采用彈性連接管、設(shè)置液壓蓄能器，減少液壓沖擊的影響。從管理使用來(lái)看，在潛艇低噪聲航行狀態(tài)時(shí)，主要采取下列兩類措施[26]

12、：a.酌情延長(zhǎng)執(zhí)行組件的換向時(shí)間，并要緩慢關(guān)閉、開(kāi)啟閥門，以降低閥門的啟閉速度；b.減少閥門啟閉的頻率，不可頻繁、快速、突然開(kāi)關(guān)閥門。2.1.2間接來(lái)源－舵的偏轉(zhuǎn)引起流場(chǎng)的擾動(dòng)，產(chǎn)生水動(dòng)力噪聲操舵使?jié)撏C(jī)動(dòng)時(shí)，影響潛艇尾流的決定性因素是舵角、艇的水平漂角或垂向的攻角及轉(zhuǎn)舵速率和頻率。它們使艇體尾部及操縱面上產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致槳盤處速度波動(dòng)[7]。由于舵的操縱能力與航速成正比，低速2U時(shí)舵的操縱能力弱，而且逼近尾升降舵的逆速點(diǎn)（2~3kn左右

13、），為了保持定深直航運(yùn)動(dòng)或定向變深運(yùn)動(dòng)需操縱較大的舵角，才能保持規(guī)定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)，在低速區(qū)，螺旋槳和其它聲源的水噪聲影響遠(yuǎn)不夠顯著，操舵引起的機(jī)械噪聲和水動(dòng)力噪聲是潛艇水下噪聲的主要成份。隨著航速增大，螺旋槳噪聲、機(jī)械噪聲及其它水動(dòng)力噪聲成為主要噪聲源。隨著航速增大，舵的操縱能力迅速增強(qiáng)，為了保障操艇安全，只允許使用較小的舵角。因此，要求隱蔽航行時(shí)，必須保證以盡量小的舵角、盡量少的轉(zhuǎn)舵次數(shù)、盡量慢的變化頻率來(lái)控制潛艇的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。2.

14、22.2均衡產(chǎn)生噪聲的原因均衡產(chǎn)生噪聲的原因均衡系統(tǒng)由浮力調(diào)整系統(tǒng)和縱傾平衡系統(tǒng)組成。均衡系統(tǒng)主要由水艙、疏水泵、電液球閥及水、氣管路組成。潛艇的均衡操縱，用主疏水泵和艙底泵進(jìn)行浮力調(diào)整水艙的排水，調(diào)整水艙注水為自流形式。首、尾縱傾平衡水艙間的移水采用氣壓方式。因此，均衡操縱主要涉及管路系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲控制。管路系統(tǒng)的振動(dòng)噪聲的主要激勵(lì)源是泵和閥。泵是振動(dòng)、流噪聲與空氣噪聲的激勵(lì)源[5]，其振動(dòng)能量流的傳播途徑為：第一通道是泵的支承結(jié)構(gòu)，

15、第二通道是與泵相連的管路系統(tǒng)，第三通道是泵周圍的空氣介質(zhì)。管路系統(tǒng)的振動(dòng)能量流沿管壁與管內(nèi)流體介質(zhì)傳遞，通過(guò)管路彈性吊掛件傳遞到船體，或由通海口輻射。經(jīng)三個(gè)通道的傳遞導(dǎo)致水下噪聲。閥的快速開(kāi)關(guān)、泵的啟動(dòng)與停止，使管道內(nèi)的定常流動(dòng)突然變化，引起所謂“水錘”現(xiàn)象，引起沖擊振動(dòng)，與液壓系統(tǒng)類似。因此，均衡操縱過(guò)程產(chǎn)生的噪聲問(wèn)題，與轉(zhuǎn)舵操縱過(guò)程液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲問(wèn)題在實(shí)質(zhì)上是一致的。3潛艇低噪聲操艇技術(shù)3.13.1低噪聲操艇的主要操縱控制規(guī)律低

16、噪聲操艇的主要操縱控制規(guī)律從實(shí)際操縱來(lái)看，低噪聲操舵與常規(guī)操舵、自動(dòng)操舵與手動(dòng)人工操縱，都具有相同的基本操縱規(guī)則、相同的基本控制參數(shù)，主要區(qū)別在于操縱控制參數(shù)的取值以及轉(zhuǎn)換控制點(diǎn)的取值及其實(shí)現(xiàn)的時(shí)間特性。對(duì)低噪聲操艇來(lái)說(shuō)，其特別要求是盡量減少對(duì)螺旋槳上游尾流場(chǎng)的擾動(dòng)。（1）尾升降舵角、方向舵角應(yīng)采用小舵角。本限制要求變深機(jī)動(dòng)時(shí)的指令縱傾角及回轉(zhuǎn)d?角速度限制為某個(gè)小的量值，以有利于減小對(duì)尾部流場(chǎng)的擾動(dòng)；（2）定深直航運(yùn)動(dòng)的保持及變深機(jī)動(dòng)

17、時(shí)，多用圍殼舵或中舵，少用尾升降舵。本限制也是著眼于圍殼舵相對(duì)尾升降舵對(duì)潛艇尾流場(chǎng)的擾動(dòng)較小；（3）轉(zhuǎn)舵速率要小。文獻(xiàn)〔8〕要求轉(zhuǎn)舵速率小于。該限制減少了在操舵開(kāi)始及s4~20結(jié)束時(shí)的轉(zhuǎn)舵效應(yīng)（液壓的啟閉影響），減小液壓系統(tǒng)中液體流動(dòng)強(qiáng)度。轉(zhuǎn)舵速率的提高將導(dǎo)致潛艇機(jī)動(dòng)過(guò)程輻射噪聲的增大；（4）為了使穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)（定常運(yùn)動(dòng)）時(shí)的渦流幅度較小，潛艇的尾舵角及潛艇的漂角或攻角應(yīng)加以限制[5]；（5）以盡量少的轉(zhuǎn)舵次數(shù)，盡量慢的轉(zhuǎn)舵變化率來(lái)控制潛艇