第33卷第2期2011年2月舰　船　科　学　技　术
SH I P SC I E NCE AND TECHNOLOGY Vol .33,No .2
Feb .,2011
美国潜艇水声试验场现状及启示
刘兴章
(海军驻大连地区军事代表室，辽宁大连116021)
摘　要:　介绍了美国主要的水声试验场，分析了这些试验场的选址特点和主要测量设施，为我国水声试验场建设提供参照。
关键词:　潜艇；水声试验场；测量设施
中图分类号:　U661144  　文献标识码:　A
文章编号:　1672-7649(2011)02-0140-04　DO I:1013404/j 1issn 11672-7649120111021033
D evelop m en t prospect and revel a ti on of sub mar i n e
underwa ter no ise test ground of US Navy
L I U Xing 2zhang
(Naval Deputy Office of Dalian A rea,Dalian 116021,China )
Abstract:　The noise measuring of submarine is very i m portant t o sub marine stealth .I n this paper,the main under water noise test gr ounds are intr oduced .The analysis results can give hel pful advices t o the building of acoustic test gr ound of China .
Key words:　submarine;noise measuring;measure ment facility
收稿日期:2010-05-05；修回日期:2010-11-15
作者简介：刘兴章(1971-)，男，研究生，工程师，从事舰船监造及噪声测试工作。
0　引　言
潜艇实艇噪声测量是评价潜艇的辐射噪声水平、
查主要噪声源、改进潜艇声隐身性能必不可少的重要环节。为了保证实艇噪声测量工作的进行，美
国自冷战时期开始，就投入巨资，进行水声试验场建设并不断更新改造，保证其潜艇先进的声隐身性能。
大西洋水下测试及评估中心、东南阿拉斯加水声试验场、本德奥瑞湖无人潜艇水下试验场是美国目前3个主要水声试验场，本文简要介绍了这3个水声试验场的历史由来、自然条件及主要测量设施，并对这3个水声试验的选址特点进行了分析，为我国水声试
验场建设提出参照。
1　大西洋水下测试及评估中心(AUTEC )及
其测量设施
111　AUTEC 的军事需求及自然条件
早在20世纪40、50年代，美国就开始了深水试
验场的选址论证工作。通过大量的分析研究，于1959年决定建立大西洋水下测试及评估中心，以提
供深水试验设施满足水声测量及声呐试验，对水下、
水面、空中实时的跟踪能力，满足美国海军对反潜战及水下舰艇和武器系统研制开发的需求。
该中心属半热带气候，安静的水文环境，完善的设施使该试验区具备全年进行各种测试的能力。所
属试验海区靠近“海洋之舌”(T OT O )海域。“海洋之
submarine舌”是位于安德鲁斯岛以东的一处深水海底盆地，形状如同1个放大了的高尔夫球杆的杆头，长约110n m ile，宽约20n m ile，水深1280～2012m ，海盆海底平坦，深度变化较缓，被周边岛屿所围绕，西部是安德鲁斯岛，东部和南部是大面积的无法航行的浅水区，北部是普罗汪斯海峡。该试验区独特的地理环境，使得水上航船稀少，船舶噪声干扰极低，大西洋海洋背景噪声也得到抑制，再加上该处海流平缓，深水航道安全便于被试舰艇的进出。以上因素使得“海
洋之舌”具备完善的水声测试环境[1]
。
　第2期刘兴章:
美国潜艇水声试验场现状及启示
图1　大西洋水下测试及评估中心地理位置图及卫星图片
Fig 11　The satellite i m age of AUTEC
112　试验场设施
大西洋水下测试中心主要由两大试验区组成，一处位于美国弗罗里达州东部的西棕榈滩，主要提供测试组织，后勤保障，行政管理；另一处主要测试区则位于巴哈马岛的安德鲁斯岛上，岛上的试验区占地约
2125km 2
，海上试验场位于“海洋之舌”(T OT O )海域，海域占地9158k m 2
，空域约835k m 2
。
主要测试设施位于安德鲁斯岛上，包括指控中心和场区支持设施。指挥中心建筑包括测控中心、计算中心、图像试验室、通信中心和时统系统等。
大西洋水下测试及评估中心具有多种水声测量系统。安静型船舶及潜艇的水声测量，由1套高增益垂直线阵进行。该阵由水声测量船布放。高增益垂直线阵布放于水下与潜航舰船相同深度，以便于对位于垂直线阵波束范围内的舰船进行测量。其他系统包括1套由水听器、电缆、频谱分析设备组成的移动式
测量系统，由电池或测量船供电。校准用宽带声浮标(AN /S QQ 258)用于远距离收集背景噪声，水生物噪声等；在OHDF 点有1套非指向性水听器，包括1套水听器阵，用于水面状态的舰艇。以上系统经常在武器试验场进行测量。
2　东南阿拉斯加水声试验场(SEAF AC )及其
测量设施
211　水声试验场自然条件要求
为了实现对低噪声潜艇噪声的测试、评价以及查潜艇主要噪声源,20世纪70年代，美国开始新的水声试验场的选址工作，考虑到背景噪声低、水域宽阔和水深能满足潜艇水下机动要求、气象条件适合、远离交通航线、距离潜艇母港尽可能近等多方面要求，经综合评估，最终确定东南阿拉斯加的伯姆湾为
惟一选址地点。
东南阿拉斯加水声试验场位于美国阿拉斯加州
凯契根市西北约24km 处的伯姆湾(北纬55°33′30″,
西经131°45′44″
)。伯姆湾南北长约96km ，东西宽约5km ，平均水深约100～120m ，周围被海岛遮蔽，减少了开阔水域难以消除的大洋背景噪声的干扰，使该地区平均海洋背景噪声达到90d B 左右，满足了安静型潜艇的测试需要。该地气候为海洋性气候，冬暖夏凉，峡湾中风平浪静，且海流平缓，潮差较小。有试验表明,50m
水下的流速小于011kn [2]
，为水下航行噪声测试提供了非常理想的条件。该地区人烟稀少，远离主要航线，人为干扰也很小，具有得天独厚的水声测量环境。212　试验场设施
该水声试验场由陆上试验站、静态试验站和水下航行试验区3部分组成。
陆上试验站位于伯姆湾东南入口处的贝克岛(Back Island )的西北部，建有一处小型码头，并建有试验场指挥中心、公用楼、仓储楼，试验场指挥中心主要负责试验组织和水声数据处理，其他两处为水听器修理及调试存储车间。陆上试验站负责处理从静态试验站和水下航行试验区传来的水声信号以及试验设施的维护保养，岛上还有用于存放测量设施的场地。
静态试验站位于贝克岛(BACK )西北方约214k m 处，长450m 、宽约240m 的长方型基阵，由2个测试
平台及延长系留设施组成，包括锚泊及系留装置。水下密布多组水听器，通过水下锚装置固定，静态试验站外观如图2所示。该处水的深约120～140m ，水上设施是由2个测试平台及系水鼓、升降设施等构成，可停靠20～40m 小型拖船等试验船只。驳船下方约120m 水深处布置有2台大型圆框架式水听器阵，圆框架直径约415m ，长约8m ，还有其他定位及监听水听器。试验时，被测潜艇关闭主动力系统，由光纤及电缆与浮趸相联，利用4根吊索把潜艇固定，再将其下降到约120m 深处，开启相关被测设备进行测量。该静态试验区主要对空调、水泵、制冷机、循环系统等辅助系统的辐射噪声进行测量和分析，并查噪声源，提出降噪措施。
水下航行试验区位于静态试验站以西，距贝克岛西北约712km 处，呈折尺形，长约9000m ，宽约2250m 。该处是1个海底盆地，水深可达390m 左右，水下布有2条垂直线阵水听器和海底水听器，海
·
141·
舰　船　科　学　技　术第33
卷
图2　美国海军东南阿拉斯加水声试验场的静态试验站Fig12　The static stati on of under water noise test gr ound in Alaska
底还设有8处水听器阵，用于对被测艇进行定位，通过测量被测艇发出的脉冲信号，实时测量艇位及潜艇相对水听器的位置信息。
213　对潜艇的测试情况
该试验场建成后，对美国海军“洛杉矶”级(SS N688)和“俄亥俄”级(SS N726)潜艇进行了声学测试，对“洛杉矶”等各型号在航潜艇进行了大量的实艇声测量，积累和完善了在航艇的水声数据库。定期对在航艇的噪声进行监控和评价，保证了美军潜艇的水下隐身性能。2003年，美海军“洛杉矶”级攻击核潜艇“海伦娜”号远航前，就曾进场进行了为期5天的噪声测试。目前，该试验场年平均进行测试10～15艇次，每次测试周期约5天。
3　本德奥瑞湖无人潜艇水下试验场及其测量设施
311　本德奥瑞湖试验场的使命和自然环境
本德奥瑞湖无人潜艇水下试验场的主要使命是利用大尺寸缩比模型潜艇(LS V)对美国海军的潜艇减振降噪技术进行研究。
该湖是美国第五大深水湖，也是爱达荷州第一大湖，水深超过330m，水域面积达76k m2，平坦湖底覆盖着厚厚的淤泥，大大降低了水声反射。由于很低的水声回响和散射，该湖中背景噪声不到大洋中零级海况时背景噪声的四分之一。此外,100m以下的湖水温度能常年保持在4℃，大大减少了水温变化对测量结果的影响。长约13k m，宽5～8k m的宽广测试水域，也足以保障各种试验的顺利进行[3]。
312　试验场设施
在本德奥瑞湖上建有3个水声试验区，用于对美国海军大尺寸实艇模型进行试验。此外，还有第四试验区，利用1艘20m长小艇对潜艇拖曳阵声呐进行自噪声评估。
浮力艇测试区(Buoyant Vehicle Test Range, BVT R)主要用于潜艇艇首和艇体前部水动力噪声测量。测试时，浮力艇如同水下的软木塞一样冲向水面，完全利用本艇浮力推动，而无需启动推进系统，提高了测量的准确性。
大尺寸模型试验区利用大型的无人驾驶潜艇对潜艇的推进器噪声、结构噪声(艇体结构振动引发的噪声)、操纵性和动力性能进行测量。大尺寸模型试验区于1987年开始投入使用，主要由3大部分组成：水声跟踪和通信系统、辐射噪声测量及分析系统、艇上数据处理系统
。
图3　本德奥瑞湖试验场噪声测试船及大尺寸
无人驾驶模型潜艇
Fig13　The large2scaled sub marine model test in the lake
大尺寸模型试验区配有1艘辐射噪声测试浮船(Radiated Noise Barge,RNB)，船上配备信号处理、操作控制和数据记录设备。做试验时，浮船被拖至试验水域，与水声跟踪、通信系统、辐射噪声测量及分析系统进行连接。浮船上备有2台低噪声电源，保证设备供电。艇上数据处理系统单独装于艇上，为保留艇上电力、航渡过程，模型潜艇一般通过专用的投放装置带至试验区。
313　使用情况
目前，试验场有2条大尺寸缩比模型潜艇。2条艇均为由计算机控制的无人驾驶深潜模型潜艇。1艘为“海狼”级潜艇大尺寸模型潜艇(LS V-1)，另1艘为“弗吉尼亚”级潜艇的大尺寸模型潜艇(LS V22)。
4　对我国水声试验场建设的启示
411　水声试验场的选址要求
为了满足水声技术研究和声呐设备研制的需要，许多国家都有专门水声试验场，这些经过声学标定的
·
2
4
1
·
　第2期刘兴章：美国潜艇水声试验场现状及启示
海上固定试验场，多数都能承担舰船噪声测量任务。这些试验场都远离飞机和船舶航线，海域的海水平静，海流小，背景噪声低，有良好的水文条件[4]。因此，以下几方面是水声试验场建设的最主要的选址要求:
1)遮蔽性的海域是水声试验场选址的最佳地点。
水声试验场建设最主要目的是对舰艇进行噪声测量和分析，因此，低的环境背景是水声试验场选择的最主要目标。按球面衰减规律，在距潜艇100m处的噪声级要比潜艇的声源级小40dB，已低于三级海况的噪声。
东南阿拉斯加水声试验场的背景噪声达到90 d B的水平，是由于该试验场特殊地理位置决定的。该试验场位于峡湾水域，周围被大量的海岛所摭蔽，阻挡大洋环境背景噪声的影响。大西洋水下测试及评估中心所处的T OT O湾也是类似的周围海岛所摭蔽的水文环境。挪威的海格内斯(Heggernes)水声试验场位于挪威卑尔根附近的峡湾中，是包括德国、荷兰等北约国家的主要水声试验场，也是选择了遮蔽性的峡湾水域。
2)水域宽阔和水深能满足潜艇水下机动要求、气象条件适合。
宽阔的水域是保证舰船测试安全的必要保障。舰船噪声测试要求舰艇各种条件下的机动航行，因此，能保证舰艇安全航行的水域是必不可少的条件。一般来说至少要有长40～50km，宽5～10k m的可机动水域。美国东南阿拉斯加水声试验场作业区长32km，宽达818k m。
足够的水深是试验场建设的重要条件。东南阿拉斯加水声试验场水下航行测试区深达390m。
气象条件对舰船航渡，进行噪声测试都有很大影响。因此，试验场当地的气象条件也是选择试验场的重要条件。
412　矢量传感器阵是未来测试的努力方向
水声试验场建设的主要目标是要考虑背景噪声低、远离交通航线、距离潜艇母港尽可能近的要求，能
完全满足以上条件的场地，全世界也并不多。矢量传感器比声压传感器提高信噪比10d B以上，能在较高环境背景噪声条件下进行测量[4]。这意味着即使潜艇的辐射噪声高于背景噪声，也可进行噪声测试工作。根据最新的论文，美国也正在进行利用矢量传感器阵对辐射噪声源进行定位的工作，并取得了较大进展。413　静态试验站对于降低潜艇噪声水平具有关键作用
  实艇噪声的测试在潜艇降噪工作中处于关键地位，准确地实艇噪声的测试可以评价潜艇噪声水平，对噪声源进行分析、对降噪措施进行评价并验证改进方案，高水平的水声试验场特别是静态试验站可完成实艇声源的测量，对于降低潜艇噪声水平起着关键作用。
参考文献:
[1]　耿松，李方，王光荣.潜艇海上目标特性测试国外发展现
状跟踪[J].声学技术,2004,23(4):110-115.
[2]　C LARK J A,T ARASEK G.Localizati on of radiating s ources
al ong the hull of a sub marine using a vect or sens or array
[E B/OL].htt p:∥www.dtic.m il/cgi2bin/GetT RDoc?
Locati on=U2&doc=GetTRDoc.pdf&A D=ADA498287. [3]　F OX D M.S mall subs p r ovide big payoffs for sub marine
stealth[E B/OL].htt p:∥www.navy.m il/navydata/cno/
n87/us w/issue_ll/sub marine_stealth.ht m l.
[4]　王之程，陈宗岐，于　，刘文帅.舰船噪声测量与分析
[M].北京：国防工业出版社,2004.
(上接第133页)
基于着时间Petri网的维修资源确定模型，把维修资源用维修过程串起来，使维修过程中所需要的维修资源一目了然，模型简单明了、易于理解，为合理确定装备维修资源提供了一种定量的方法。进一步的工作是开发基于Petri网的计算机辅助建模与分析工具。
参考文献:
[1]　甘茂治，康建设，高崎.军用装备维修工程学[M].北京:
国防工业出版社,20051339-341.
[2]　袁崇义.Petri网原理与应用[M].北京：电子工业出版
社,2003.
[3]　WANG L ichih,WU Shao2ying.Modeling with col ored ti m ed
object2oriented petri nets f or aut omated manufacturing
system s[J].Computers and I ndustrial Engineering,1998,
34(2):463-480.
[4]　马麟，吕川.Petri网在维修工作分析中的应用研究[J].
北京航空航天大学学报,2004,30(3):249-253.
[5]　李涛，钟诗胜.基于着时间Petri网的工作流模型及其
性能分析[J].计算机辅助设计与图形学学报,2006,18
(6):824-831.
·
3
4
1
·

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。