28688

بررسي و استخراج شناسنامه هيدروآكوستيك بدنه هاي زيرسطحي

دكتري

مهندسي مكانيك

1394

1402/04/12

دكتر نوروز محمد نوري

مهندسي مكانيك

يكي از منابع نويز در زير آب، نويزهاي هيدروديناميكي هستند كه عوامل مختلفي مانند حركت يك جسم در سيال و ايجاد اليه مرزي در اطراف جسم )نويز جريان(، برخورد گردابههاي جريان توربوالنس با سطوح االستيك بدنه )نويز القايي جريان(، شكافته شدن سيال توسط حركت بدنه و ... باعث توليد آن ميشود. اين نويز را مي توان هم بعنوان نويز خودي و هم بعنوان نويز انتشاري در محيط در نظر گرفت. با توجه به پيشرفت روز افزون سامانههاي سوناري، الزم است به داليل ناوبري و مهندسي، نويزهاي يك زيرسطحي در زير آب كاهش يابد. الزمه كاهش نويز، شناخت ويژگيهاي متمايز كننده منبع توليد آن ميباشد. امروزه اغلب نويزهاي خودي يك وسيله متحرك در زير آب شناسايي شده است. بعنوان مثال نويزهاي ماشين آالت يك وسيله متحرك مانند محفظه احتراق، ژنراتورها، پمپ و شيرها و ... شناسايي شده است و الگوي هر يك از اينها براي يك سامانه سوناري مشخص است. يك سامانه سونار در شناسايي حركت يك بدنه دلخواه در زير آب به دليل پيچيدگي و متغيير بودن نويز انتشاري آن دچار چالش است. علي الرغم تالشهاي فراوان در كاهش نويزهاي ناشي از وجود سازههاي دريايي و شناورهاي سطحي و زير سطحي )نويزهاي هيدروديناميكي(، اين نويزها به دليل ماهيت پيچيده توليد و انتشار آن، محيط متغيير زماني دريا و روابط رياضي پيچيده حاكم به آن كمتر مورد توجه قرار گرفته است. بنابراين هدف اين تحقيق بررسي و شناسايي ويژگيهاي منابع نويز جريان در سامانههاي سونار غير فعال با آناليز مكانيزم توليد نويز آكوستيكي و انتشار آن و توليد شناسنامه آكوستيكي براي آن، ميباشد. به منظور استخراج شناسنامه آكوستيكي، ابتدا بايد اين نويز در اطراف منبع در مكانهاي مختلف توليد شود. براي اين كار از روش شبيه سازي استفاده شده است. با توجه به هزينه محاسباتي و مشكالت شبيه سازي براي اجسام طويل در جريان، در اين تحقيق سعي شده است كه با استفاده از حداقل اطالعات ثبت شده در گيرنده هاي اطراف منبع )با شبيهسازي(، ابتدا مكان منبع بصورت غيرفعال شناسايي شود. الگوريتم پيشنهادي تعيين مكان منبع نسبت به الگوريتمهاي موجود ساده، سريع و دقيق است. براي تعيين مشخصههاي نويز جريان، اين نويز بايد در تعداد زيادي گيرنده در اطراف منبع موجود باشد كه با توجه به هزينه محاسباتي و عملي نبودن اين موضوع بصورت تجربي، در گام بعدي با استفاده از تجزيه مولفه اصلي فشارهاي صدا، در هر مكان دلخواه گيرنده اين نويز بازسازي ميشود. در ادامه با استفاده از مشخصههاي جريان در اطراف منبع به بررسي و استخراج ويژگيهاي اين نويز پرداخته شده است. يكي از مشكالت موجود در مواجه با دادههاي تجربي، آميخته بودن نويز جريان با نويزهاي پس زمينه است. بنابراين الگوريتمهاي حذف نويز بررسي شده و با دو روش جديد سيگنالهاي نويز جريان، نويززدايي و كالسبندي ميگردند. در نهايت با جمعآوري ويژگيهاي مفيد به دست آمده در حوزههاي زمان، فركانس، صفحه زمان-فركانس و يك فضاي جديد به اسم گراف ديد، يك شناسنامه هيدروآكوستيكي براي اين نويز تخمين زده شده است. در فضاي گراف، ويژگيهاي پنهان نويز جريان آشكار شده است كه برخي از انها عبارتند از: جاذبه هاب، تناوب بي نظم، ميزان بي نظمي، بدون مقياس بودن و پيروي از قانون تواني.

1402/06/18

Investigation and feature extraction of the submersible bodies' hydrodynamic noise

7/2/2024 12:00:00 AM

One of the underwater noise sources is hydrodynamic noises, which are caused by various factors such as the movement of an object in the fluid and the formation of a boundary layer around the body (flow noise), the interaction of the vortices of the turbulence flow with the elastic shell of the body (flow- induced noise), the separation of the fluid by body movement, etc. This noise can be considered as both self-noise and propagation noise in the environment. Hydrodynamic noise reduction is crucial due to the development of sonar equipment for engineering, military, and navigational purposes. The identifying features of this noise's source should be understood to decrease it. Today, most of the self-noises of the moving underwater vehicle are well known. For example, the machinery noise of a vehicle such as the combustion chamber, generators, pumps, valves, etc., has been identified and the pattern of each of these is known for a sonar system. A sonar system can identify the sources of these noises by using its library and by comparison. However, the detection of arbitrary underwater body movement by a sonar system is difficult. In other words, the movement of the body leads to the formation of hydrodynamic noise, and it is difficult to identify this noise due to its complexity. Despite many efforts to reduce the noises caused by the presence of marine structures and underwater vehicle hulls (hydrodynamic noises), these noises have received little attention, due to the complex nature of their generation and propagation, the time-varying environment of the sea and the complex mathematical equations. Therefore, the purpose of this research is to explore and identify the characteristics of flow noise sources in passive sonar systems by analyzing the mechanism of acoustic noise generation and its propagation by feature extraction from acoustic pressures. To extract the useful feature, first, this noise must be generated around the source at different locations. The simulation method was used for this purpose. The numerical simulation method occupies an important part of this research because feature extraction in the next step is completely dependent on the accuracy of the numerical results in this step. Considering the computational cost and simulation problems for long submersible bodies, this research has tried to identify the location of the source first by using the minimum information recorded in the receivers around the noise source. Then, using the same information, the flow noise characteristics around the source were calculated. In the next step, using the characteristics of the flow around the source, the features of this noise were investigated and extracted. In the following, experimental data has also been used. At this step, hydrodynamic noise must be separated from background noises. Therefore, the de-noising algorithms were explored and the flow noise signals are de-noised with two new approaches. Finally, the feature of this noise was extracted in the time domain, frequency domain, and a new domain (graph theory).

: آيروهيدروآكوستيك محاسباتي , نويز جريان , ، امضاي هيدروآكوستيكي , گراف ديد , پردازش سيگنال , استخراج ويژگي

Computational aeroacoustics , Flow noise , Hydroacoustic Signature , Visibility graph , Signal processing , Feature extraction

Mehdi Zare

Dr. Noruz Mohammad Nouri