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．     

水下对转桨无空化噪声调制理论分析与试验研究

水下对转桨无空化噪声由流场-桨叶相互作用引起,调制特性是水下对转桨无空化噪声的重要特征,本文研究了水下对转桨无空化辐射噪声调制机理。首先利用广义声类比方法得到了无空化条件下水下对转桨的远场声压谱,建立了水下对转桨无空化噪声的调制模型,然后数值仿真了模型对转桨无空化噪声的功率谱和调制谱,最后在空泡水筒中进行了模型对转桨的无空化噪声测量试验,数值仿真结果和试验验证了调制模型的准确性。该模型对于水下对转桨无空化噪声调制特性预报及目标识别具有重要价值.      

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。      

浅析水下高速航行体对转螺旋桨辐射噪声线谱建模

分析了某水下高速航行体辐射噪声线谱统计特性,指出对转螺旋桨水下高速航行体线谱主要由螺旋桨“叶片速率”线谱及其谐波频率线谱组成。在此基础上,以周期信号为模型建立了航行体辐射噪声线谱数学模型,并应用该模型对不同转速航行体辐射噪声线谱频率进行了预测。     

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。      

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。     

单叶片桨噪声相移叠加法预报多叶片船舶螺旋桨非空化低频噪声

单个桨叶噪声预报螺旋桨非空化噪声可显著降低计算耗时,本文联合URANS和声类比方程对该方法进行验证,并对螺旋桨噪声的时域特征进行分析。首先计算均匀流中E779A螺旋桨的声辐射,揭示了桨叶上声压分布及测点声压信号的典型周期特征,采用单个叶片噪声相移叠加(简称"单叶片方法")预报螺旋桨噪声的结果,与对螺旋桨所有叶片积分的计算结果吻合良好,验证了均匀流中单叶片方法的可行性。将该方法应用于潜艇伴流场中无侧斜和大侧斜螺旋桨噪声辐射计算,预报结果与所有叶片积分的结果吻合较好,验证了非均匀流场中单叶片方法的可行性,说明单叶片相移叠加法预报螺旋桨普遍进流条件下的辐射噪声是可行的。研究结论也可为对转桨、泵喷等噪声预报提供参考。      

船舶螺旋桨空化噪声预报初步

本文介绍基于能量观点的原型螺旋桨空化噪声基本预报公式以及经过空泡空气含量修正的预报公式,并提供了预报结果。模型桨空化噪声谱是在上海交通大学空泡水筒中测得,其原型桨的谱在实海中测得。预报实例证实,基本预报公式是适用的,经过空气含量修正的预报公式可获得比较精确的预报结果。     

船舶无空泡螺旋桨非定常推力脉动及其诱导线谱噪声分析

对船舶无空泡螺旋桨非定常推力脉动及其诱导的线谱噪声进行了研究,主要目的在于螺旋桨非定常推力脉动理论预报方法的验证。基于速度势面元法计算得到非均匀流场中无空泡螺旋桨的推力脉动,在大型循环水槽中利用非定常动力仪测试得到全附体船后螺旋桨的脉动推力,以脉动推力作为声源项预报得远场线谱噪声。一阶叶频非定常推力系数理论计算值与试验值最大相差29.3%,由此引起的线谱噪声差别为3.0 dB。上述结果表明,面元法预报船后螺旋桨非定常推力脉动已达到较高精度,为船舶螺旋桨低频线谱噪声的预报提供了物理基础和重要参数。      

海面动态波动引起的船舶辐射噪声线谱伴随调制特性

针对海上实验发现的船舶辐射噪声载波线谱两侧对称出现伴随线谱现象,建立了基于抛物方程近似理论的动态起伏海面条件下连续波信号传播预报模型,揭示了海面风速、收发距离、声源深度等因素对伴随调制线谱频率间隔和强度的影响规律。数值仿真结果表明,伴随调制线谱与其载波线谱的频率间隔由具有稳定频率的海面涌浪决定;伴随调制线谱强度随海面风速增大而增大;不同收发距离和声源深度等条件下伴随调制线谱强度随距离的变化趋势与其载波线谱强度基本一致,近水面（平均深度3 m以内）声源上移和下移伴随调制线谱能量大致相当,比载波线谱能量低约10 dB;除了载波传播损失大的深度外,非近水面声源上移和下移伴随调制线谱强度能量相差较大,比载波线谱能量整体上低约20 dB以上。对海上实测水面船辐射噪声数据进行长时间窗时频分析表明,上移和下移频率伴随调制线谱与载波线谱的间隔为0.1 Hz左右,伴随调制线谱强度与载波线谱强度相差约10 dB,与仿真分析结果一致。海面动态波动引起的船舶辐射噪声线谱伴随调制特性对水中目标特征识别等具有重要价值。      

Theoretical analysis and experimental research on non-cavitation noise modulation mechanism of underwater counter-rotation propeller

The underwater counter-rotation propeller non-cavitation noise has an obvious modulation characteristic which is due to the interaction of flow and blade. A modulation mechanism is presented in this paper. A sound pressure spectrum model is presented to describe its non-cavitation noise with application of generalized acoustic analogy method, the modulation mechanism is expressed with the improvement of sound pressure model. The power spectrum and modulation spectrum are presented by numerical simulation. Theoretical analysis and numerical simulation results are verified by the cavitation tunnel experiment. The modulation model of counter-rotation propeller is beneficial to the prediction modulation characteristics and identification of underwater high-speed vehicles.     

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。     

水声波导中包络线谱强度数值预报

为了预报声呐远距离检测包络线谱的性能,本文分析在辐射噪声传播过程中包络线谱强度衰减的原因及提出在水声波导中包络线谱强度的数值预报方法。依据周期性局部平稳过程对舰船辐射噪声建模,推导出无噪声干扰及有噪声干扰下的包络线谱强度的数学表达式,获得了包络线谱强度传播衰减的规律,在水声波导中包络线谱声级传播规律与平稳谱一致,但包络线谱高出连续谱的强度的衰减取决于随信噪比变化的调幅深度修正因子。包络线谱强度数值预报方法如下:先利用传播衰减的数值方法例如用简正波方法波数积分方法PE方法等求出平稳辐射噪声的传播衰减,再求信噪比,最后依据调幅深度修正因子获得包络线谱强度降低的分贝数,预报出在水声波导中任意一点包络线谱信号高度。该理论和数值预报方法具有创新性,实用,简单,适合工程应用。      

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...