水下高速目标对转螺旋桨空化线谱频率理论预报

水下高速目标对转螺旋桨常工作在空化状态,其噪声线谱由前后桨相互作用及前后桨与船舶尾流场的相互作用引起。通过Goldstein的声相似方程,将空泡看作螺旋桨的一部分,对空化条件下水下对转螺旋桨的线谱频率进行了理论预报。推导出了远场条件下单极子源性质的声源所产生的声压表达式,得到了其线谱预报频率。对实测水下高速目标进行了线谱预报,通过比较发现预报值与实测线谱频率具有较高的吻合度。     

船尾伴流场-导管-螺旋桨互作用噪声预报研究

研究了导管螺旋桨低频离散谱噪声辐射机理和预报方法。依据线性声学原理,导管螺旋桨噪声场为螺旋桨直接辐射噪声与导管散射噪声之和,并利用速度势面元法分析流场,得到导管螺旋桨非定常力,将其作为FW-H方程的源项,求解得到螺旋桨直接辐射声。导管散射声通过Kirchoff积分方程求解获得。由于导管桨的导管是短导管,其算例分析计算表明,低频情况下导管散射声级远小于螺旋桨直接辐射声级。并将导管螺旋桨离散谱噪声级与测量所得的实桨离散谱噪声级进行了比较,证实导管螺旋桨离散谱噪声理论预报结果能够较合理的反映实桨离散谱噪声的量值。      

水下高速航行体对转螺旋桨线谱噪声预报研究

对转螺旋桨的线谱噪声构成了水下高速航行体整个辐射噪声的重要部分．对转螺旋桨的线谱噪声是由前后桨与航行体尾流场相互作用及前后装相互干扰所引起的．线谱噪声预报方法是利用升力面理论和声学方法相结合实现的．详述了线谱噪声的理论计算方法、线谱噪声的特征和数值预报，同时也预报了尾流场的变化、前后桨间距变化对噪声级的影响等．预报值与实验结果吻合很好．整个方法对航行体的性能预报、噪声源识别和桨的低噪声设计均具有重要价值．     

伴流场中对转桨空化初生的判定与辐射噪声预报和校验

采用空化多相流瞬态模拟和边界元数值声学计算相结合的混合方法,预报了全附体假尾后对转桨在初生空化状态下的线谱和宽带谱噪声,分析了初生空化状态下对转桨噪声谱级相对于无空化状态的增量,提出了同时从流场与声场角度判定对转桨空化初生的四个充分条件。预报值与空泡水筒噪声测量值进行了比较。多相流瞬态模拟包括非定常雷诺时均模拟、尺度适应模拟和分离涡模拟三种方法。计算结果表明,在大范围进速系数范围内预报对转桨敞水性能曲线与测量值吻合很好。尺度适应模拟(SAS)和分离涡模拟(DES)在捕捉对转桨空化脉动压力时精度相当,均能满足非定常负载噪声预报的精度要求;雷诺时均模拟(URAN S)仅对于低频负载噪声来说基本适用。空泡体积脉动诱导线谱噪声在800 Hz处的预报误差小于4 dB;在800 Hz^3 kHz频段内,预报得到1/3oct中心频率处谱级的平均误差小于1.5 dB,总声级预报误差小于2.4 dB。空化初生的充分条件为:空化面积与桨盘面面积的比值小于2%、积分力和叶梢截面压力系数分布较无空化状态基本不变且中高频段噪声谱级增加8~10 dB。较好地解决了伴流场中对转桨空化初生判定和初生空化状态下辐射噪声预报的两个技术难题,可直接服务于高速、低噪声鱼雷的设计研发。      

船舶侧斜螺旋桨空化噪声调制谱模型

针对侧斜螺旋桨船舶建立了一种螺旋桨空化噪声调制谱理论模型.将螺旋桨旋转过程中崩溃的空泡体积的周期性变化近似为空化噪声能量的变化,根据船尾伴流速度与空泡噪声体积成比例以及螺旋桨转速与空泡数量成比例的关系,推导出了空化噪声调制谱数学表达式.理论分析和仿真验证了桨叶之间的差异性是调制谱轴频线谱存在的主要原因,而影响调制谱叶频...     

舰船螺旋桨空泡噪声的数理模型

探讨舰船螺旋桨空泡噪声指数衰减型随机脉冲序列的理论模型。据此理论模型，导得螺旋桨空泡噪声谱的表达式。结果表明，螺旋桨空泡噪声由连续谱和离散线谱组成。螺旋桨空泡噪声线谱的相对幅值取决于声脉冲前沿出现时刻的随机摆幅。高频时线谱成分趋于零，低频段线谱成分甚大于相应的连续谱成分。高频段连续谱随频率的平方而下降，低频段连续谱随频率的平方而上升，在某一较低频率处出现谱峰。上述螺旋桨空泡噪声谱特性的理论结果和实际观测数据之间具有很好的一致性。     

螺旋桨负荷噪声研究

运用非定常升力面方法和Goldstein声相似理论研究了螺旋桨的负荷噪声特性，给出了方法和理论结果的简要介绍．并运用数值计算方法对螺旋桨负荷噪声进行了计算分析，得到了一些具有工程实际意义的数值计算结果。     

船舶辐射噪声解调谱相位耦合特性与应用

研究了船舶辐射噪声解调谱谐波线谱的相位特性,通过对实际船舶辐射噪声数据分析,指出船舶辐射噪声解调谱线谱中轴频线谱相位和部分谐波线谱相位之和,与叶频线谱相位的差值为零或为一常数,即存在相位耦合关系。给出了频率具有耦合关系、相位差为非零常数谐波信号的高阶累量,并对这种谐波信号的高阶谱进行了仿真计算。研究了船舶辐射噪声解调谱线谱相位耦合特性的利用方法,通过对部分典型弱调制噪声信号高阶谱分析,指出利用相位耦合关系可以提高弱解调谱船舶目标的螺旋桨参数特征提取能力。      

船舶螺旋桨空化噪声辐射的逆问题

本文以螺旋桨片状空泡噪声辐射理论为基础，提出一种由螺旋桨空泡噪声辐射反演船后不均匀伴流场的方法，获得了所定义的伴流场参数的马尔可夫估计。文中探讨了此逆问题解的存在性与唯一性。     

准周期随机声脉冲序列信号在浅海波导中的传播

准周期随机声脉冲序列作为船舶辐射噪声信号模型具有合理性和一定普适性,这里将此模型与海洋波导结合,探讨基于此模型产生的噪声线谱经波导传播后的物理规律变化,即船舶辐射噪声经波导作用后的信号物理特性。理论分析和传播仿真计算表明,准周期声脉冲序列船舶噪声信号所含有的线谱由于受随机波导的随机性和多途干涉共同作用,序列脉冲出现的周期性显著被削弱,线谱相对幅度将"额外"快速衰减,从一个视角揭示了船舶辐射噪声线谱不稳定的原因,为船舶辐射噪声(尤其线谱)特性进一步研究提供了相应的理论支持。      

Prediction and validation of tonal noise from underwater propellers

Prediction and validation of low-frequency line spectrum noise from ship propeller under non-cavitating condition is presented.The flow field is analyzed with potential-based panel method,which requires the hydrodynamic forces to be integrated over the actual blade surface,rather than over the mean-chord surface.Then the pressure data is used as the input for Ffowcs Williams-Hawkings formulation to predict the far field acoustics.At the same time,propeller unsteady force is measured in hull-behind condition in China Large Cavitation Channel(CLCC).Line spectrum noise of the 1st blade passage frequency(BPF) of a five-bladed propeller operating in a non-uniform flow field is got according to the calculated and measured unsteady forces,in which good agreement is obtained,and the 1st BPF noise difference is within 3.0 dB.The investigation reveals that prediction precision of the propeller's 1st BPF unsteady force with panel method have reached engineering practical degree,providing significant parameters for prediction of propeller line spectrum noise.     

不均匀伴流场中螺旋桨空化的黏性流数值模拟和低频噪声预报

阐述了采用空化黏流CFD瞬态模拟和脉冲球形气泡辐射噪声理论相结合的思路在螺旋桨空化低频噪声谱预报上的应用方法。预报了全附体SUBOFF潜艇标称伴流条件下的NSRDC4383五叶大侧斜桨和某七叶大侧斜桨的片空化低频噪声谱,分析了桨叶负载和空化程度对线谱成分及其谱源级的影响。空化模拟时采用作者提出的且可信性经过验证的改进Sauer空化模型和修正SST湍流模型。噪声谱预报时空化体积由空化特征长度求取,较空泡表面球形等价假设更加合理。计算表明,七叶桨较五叶桨的确具有负载小、空化初生延迟、空化低频线谱噪声低的特征。在相同的基于航速的空化数下,非均匀进流与桨叶相互作用会明显增加线谱成分及其谱源级。在伴流、空化数和转速一定时,随着负载减小,推力、力矩和桨叶空化面积均会减小,但空化体积加速度幅度却变大,离散线谱噪声级增加且由奇次谐频为主转变为以偶次谐频为主;当仅减小空化程度时,谐频线谱成分明显被抑制,且1 kHz频率处谱源级减小2.54 dB。较完整地构建了螺旋桨空化水动力和噪声性能评估的数值平台,可用于指导艇尾低噪声桨的数值设计。      

舰船螺旋桨轴频估计中线谱要素提取算法

舰船辐射噪声DEMON谱(调制解调谱)线谱要素提取是舰船螺旋桨轴频估计中的关键步骤。现有的线谱提取技术主要用于功率谱线谱检测,侧重于线谱频率的确定,不能满足舰船螺旋桨轴频估计需求。本文根据DEMON谱线谱的特点及人工提取线谱的过程,设计了一种新的线谱要素提取算法,改进了谱峰筛选技术,将多时刻的DEMON线谱基于最大似然估计和谱峰序列相似度加以融合决策,最终确定了线谱频率和幅值(峰值)及边界。通过实际数据验证,此线谱要素提取算法更适用于螺旋桨轴频估计,可提高轴频估计的准确率。     

临近空间螺旋桨叶素非定常等离子体增效实验研究

基于等离子体诱导射流雷诺相似原则和螺旋桨叶素理论,开展了螺旋桨叶素地面风洞实验,比较了定常与非定常两种激励模式对螺旋桨拉力的影响,以及非定常模式下占空比、频率的影响。结果表明：相同电压幅值下,定常模式对螺旋桨拉力增效为9.8%,非定常模式对螺旋桨增效大于定常模式,非定常模式下最大增效 20.4%。螺旋桨桨叶相对半径在0.4 与0.85 之间时,非定常等离子体流动控制对螺旋桨叶素拉力增效较好,将等离子体激励器布置在桨叶相对半径0.4 与0.85 之间可提高能量利用率。相同重复频率下,螺旋桨增效随着占空比的减小而增大,占空比为10%时,增效最大。相同占空比下,重复频率存在一个最优值,频率为30Hz 时,等离子体对螺旋桨的增效最大。     

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Based on Reynolds similar principles of plasma-induced jet and propeller blade element theory, experiment of propeller blade element wind tunnel was conducted. The effects of constant and unsteady model were compared, effect of different duty cycle and the frequency in unsteady model were studied. The results showed that: at the same voltage, the enhancement of propeller thrust was 9.8% by steady mode, unsteady mode was greater than the steady mode in enhancement of propeller thrust, the enhancement up to 20.4% in unsteady mode. The thrust enhancement of propeller blade elements by plasma was obvious with relative radius between 0.4 and 0.85, in order to improve energy efficiency, plasma actuator could be arranged between blade relative radius of 0.4 and 0.85. At the same frequency, enhancement of propeller thrust increased with duty cycle decreasing, and in duty cycle of 10%, the enhancement was greatest. At the same duty cycle, there existed an optimal frequency, it was 30Hz in which plasma enhanced propeller thrust the most.     

水下对转螺旋桨流致辐射噪声机理与预报方法*

水下对转螺旋桨流致辐射噪声的预报对于水下目标的特征提取和分类识别具有重要意义。由桨叶的旋转引起的湍流场是水下对转螺旋桨流致辐射噪声的源场。分述了水下对转螺旋桨湍流边界层脉动、旋转干涉效应和空化效应引发的水动力噪声机制和研究进展,比较了目前工程应用中的3种对转螺旋桨流致辐射噪声预报方法的特点。在分析对转螺旋桨流致辐射噪声数值预报难点的基础上,综述了对转螺旋桨流致辐射噪声计算方法的研究进展,指出间接数值模拟方法是工程中进行对转螺旋桨流致辐射噪声预报的有效方法。     

Non-cavitating propeller noise modeling and inversion

Marine propeller is the dominant exciter of the hull surface above it causing high level of noise and vibration in the ship structure. Recent successful developments have led to non-cavitating propeller designs and thus present focus is the non-cavitating characteristics of propeller such as hydrodynamic noise and its induced hull excitation. In this paper, analytic source model of propeller non-cavitating noise, described by longitudinal quadrupoles and dipoles, is suggested based on the propeller hydrodynamics. To find the source unknown parameters, the multi-parameter inversion technique is adopted using the pressure data obtained from the model scale experiment and pressure field replicas calculated by boundary element method. The inversion results show that the proposed source model is appropriate in modeling non-cavitating propeller noise. The result of this study can be utilized in the prediction of propeller non-cavitating noise and hull excitation at various stages in design and analysis.