[发明专利]一种浅海信道下三维结构声场预报方法、系统及存储介质

说明书

本发明公开了一种浅海信道下三维结构声场预报方法、系统及存储介质，涉及浅海环境声辐射技术领域，方法为：在结构声源内部设置点声源和面声源作为结构声源的等效源；基于结构声源表面振速和等效源的格林函数，获得各个等效源强度；采用多物理场耦合FEM法建立声辐射模型；基于声辐射模型对声辐射指向性进行分析，获取结构声源声辐射的远场距离；对于近场区域，使用声辐射模型获取声辐射特性，对于远场区域，使用抛物方程法以步进计算远场声辐射特性。本发明将等效点声源和等效面声源结合作为结构声源的等效源，以FEM法建立声辐射模型计算近场区域声辐射特性，使用抛物方程法计算远场声辐射特性，提高模型的计算精度，保障声场计算的准确性。

技术领域

本发明涉及浅海环境声辐射技术领域，更具体的说是涉及一种浅海信道下三维结构声场预报方法、系统及存储介质。

背景技术

研究弹性结构在浅海信道下的辐射声场，对开展水下航行器的结构振动辐射噪声预报和有效控制具有重要意义，同时也是我国水下声辐射研究的难点问题之一。辐射噪声的准确预报是确定水下航行体安全活动半径的关键，以确保自身的隐蔽性，这对于船舶尤其是军用船舶具有极大的研究意义。

现有的理论体系对电源在浅海信道中的辐射声场问题有教完善的解决方法，如射线法、简正波法、有限元等。然而现有技术中大多是使用点声源等效源模拟水下结构声源，计算精度不高，忽略了结构表面的振动分布特性和声辐射的方向性差异。并且在建模过程中关于远场和近场的声场数据计算方法中，并没有很好的区分远场和近场的距离，进而在计算检测点的声场数据时，关于算法的选取必然存在不合理性。

基于上述现有技术中存在的技术缺陷，如何提出一种能够提高模型计算精度、准确预测浅海弹性结构在检测点的辐射声场的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种浅海信道下三维结构声场预报方法、系统及存储介质。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种浅海信道下三维结构声场预报方法，包括以下步骤：

步骤一、在三维结构声源内部设置n个点声源和m个面声源，作为三维结构声源的等效源，其中nm；

步骤二、基于三维结构声源表面振速和等效源的格林函数，使用等效源法获得三维结构声源内部等效源的强度；

步骤三、基于各个等效源的强度，采用多物理场耦合FEM理论建立声辐射模型；

步骤四、基于步骤三建立的声辐射模型，对声辐射指向性进行分析，获取三维结构声源声辐射的远场距离，则位于三维结构声源远场距离之外的区域为远场区域，位于三维结构声源远场距离之内的区域为近场区域；

步骤五、对于近场区域，使用步骤三建立的声辐射模型获取近场声辐射特性，对于远场区域，则使用抛物方程法以步进计算远场声辐射特性。

可选的，所述步骤一中，所述点声源的数量为面声源的1/10左右，点声源均匀分布在三维结构内部，所述点声源与面声源不共面。

可选的，所述步骤二中，根据浅海边界条件，获取等效源的辐射声场，作为等效源的格林函数。

可选的，所述步骤四中，根据声辐射模型在不同水深及辐射半径下的声辐射指向性场点，利用边界元法获取三维结构声源的声辐射指向性，绘制声辐射指向性图，得到三维结构声源声辐射的远场距离。

本发明还提供一种浅海信道下三维结构声场预报系统，包括：

等效源确定模块，用于在三维结构声源内部设置n个点声源和m个面声源，作为三维结构声源的等效源，其中nm；

等效源强度确定模块，用于基于三维结构声源表面振速和等效源的格林函数，使用等效源法获得三维结构声源内部等效源的强度；