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让海底生活更美好

一般来说,噪音污染对心理和身体健康有一些特别的不利影响:压力感上升、耳鸣、听力损失和睡眠紊乱,这些只是其中的一部分而已。噪声污染包括两部分:噪声入侵和缓慢波动的环境噪声对所覆盖范围的影响。

噪声入侵的特点是高强度和瞬时性——典型的例子是摩托车、卡车、飞机、道路钻孔和警笛。他们的噪音比所有其他声音更突出,并且因其危害性,国家标准限定了其最大允许的噪声辐射量。当持续时间过长,环境噪音会导致压力、血压升高和听力损失等健康问题。

但是海洋噪声污染呢? 尽管研究显示,噪声污染对海洋生物的危害就像对人类的危害一样,但对海底噪声的法规几乎没有。 海洋生物和我们一样,承受着噪声的后果——压力上升、听力损失、睡眠紊乱和沟通干扰——而且大部分的海洋生物,特别是哺乳动物,使用声音来导航、捕食和定位捕食者,这可不仅仅导致压力,而是在立时就有的致命威胁。

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直到最近,关于海洋哺乳动物如何受到人为噪音影响的争论主要集中在噪音入侵的一些问题上,例如海军声纳测试和用于检测化石燃料的空气爆炸。但研究开始更多地关注周边的噪声环境,比如商业船只。许多研究结果都表明动物会躲避噪声源,它们的沟通、寻找配偶、寻找食物和躲避捕食者受到了影响。

KRISO探寻螺旋桨噪声
韩国船舶与海洋工程研究所(KRISO)是船舶和海洋工程技术开发的领导者。他们的重点领域之一是研究环境友好的航运技术。了解螺旋桨噪声是该重点领域的一个重要方面。

螺旋桨噪声,尤其是旋转(谐波成分)和空化作用(宽带噪声)产生的噪声,是海洋交通噪声的主要来源之一,也是海洋噪声污染的普遍来源。开发低噪音螺旋桨越来越有必要,因为海洋噪声污染的危害日渐明晰且成为共识。KRISO的螺旋桨研究团队正在使用他们的大空泡水洞(LCT)来做到这一点。

按比例缩小
显然,建造全面的船只进行测试,然后重新设计和重新建造花费巨大,无法施行。这就意味着要用比例模型进行测试,这当然也产生了其它问题,比如缩放效应和空化隧道中的多径反射。 因此,必须研究有效的缩小模型螺旋桨噪声测试程序。这意味着必须理解螺旋桨噪声源机制,以便在全尺寸船舶设计阶段可以预测和控制其噪声特性。

KRISO设施的最佳搭配
根据KRISO的研究,当螺旋桨噪声大于背景噪声时,可以使用单个水听器,但如果噪音水平相当,或低于背景噪音,则不能使用。使用水听器阵列是解决这个问题的一种方法。大多数空泡水洞使用安装在声学槽内并使用声窗隔离开的阵列系统,但空泡水洞中的多径反射会降低测量的精度。

该团队的目标是找到用于空泡水洞噪声测量的最佳阵列设计技术,并在此过程中找到最适合其LCT的阵列,以最小化多路径反射的影响。他们着手于为所研究的各种阵列设置建立设计参数,然后设置目标函数,用于同时检测主瓣宽度和最大旁瓣水平,最后用快速模拟退火技术(VFSR)进行全局优化。

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左起:大客户经理Patrick Wethly(Brüel & Kjær),高级研究员/博士Hanshin Seol先生(KRISO)和销售工程师Hyun Ju Yoon(Brüel & Kjær韩国)

KRISO团队使用波束成形和一个45通道水听器阵列,基于Brüel & Kjær 8103 水听器、 LAN-XI和PULSE™ DAQ系统。在他们选择最合适阵列的过程中,他们在1.6×1.6米、最小水听器间距为4厘米的框架上查看了四种水听器阵列设置。

永远向前
他们成功地找到了波束形成阵列的最优设计,并验证了他们的优化技术。在应用VFSR优化方法以最小化目标函数并分析数据之后,圆形阵列(例2)和多螺旋阵列(例4)100次迭代后表现出良好的小旁瓣特性。在团队继续探索在广阔环境下研究海洋噪声的收获和挑战的过程中,该项目还在持续提供LCT的研究成果。

想了解有关这个项目、它的后续研究和其他KRISO项目的更多信息,您可以访问他们的网站:www.kriso.re.kr/eng

 

水听器阵列设置

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例1 - 圆形阵列
五个同心圆上各有5个,7个,9个,11个和13个水听器。

例2 - 圆形阵列
四个首尾相接的圆环上9个水听器间等间隔分布,每个水听器所覆盖的区域相等,另外9个水听器放置在阵列的中心,用于测量高频信号。

例3 - 螺旋阵列
符合最小间距要求、螺旋分布的45个水听器螺旋。

例4 - 多螺旋阵列
设计成多臂螺旋,如例2,包括9个布置在中央的水听器。

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LCT规格
总体尺寸:60m×22.5m×6.5m(长×高×宽)
测试段尺寸:12.5m×1.8m×2.8m(长×高×宽)
最大流速:16.5米/秒

测试区
船体,推进器,方向舵和附件之间的相互作用,螺旋桨空化初始速度试验

目标
设计和测试高附加值的商船螺旋桨。测试特殊船舶螺旋桨,如大型或小型的高速船和韩国潜艇

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