舰船螺旋桨噪声预报

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空泡噪声预报方法
螺旋桨空泡噪声是由于 空泡的生成与溃灭引起压力 变化而产生的。由于观察、 计量空泡困难和空泡噪声与 噪声发射不成线性关系, 所以 螺旋桨空泡噪声的理论描述 相当复杂。目前主要是依据 模型测试结果通过换算而对 实桨噪声进行预报。 (1) 相似准则 对螺旋桨空泡噪声试验, 不仅 要遵守几何相似和空泡相似 条件, 还要遵守满足空泡溃灭 速度相似、空泡特征相似等 一些相似准则, 由参考文献可 得:
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上述预报螺旋桨无空泡低频连续谱噪声方法, 直接 对噪声预报较困难, 一般借助相关函数的方法, 求出 与远场噪声功率谱密度进行������
放产生的起伏力。 上面两种预报方法在实际中都是可行的, 这是由于噪声的研究中对噪声预 报的误差一般要求在3dB, 而dB对声压的关系是对数关系, 涡旋噪声在无 空泡低频连续谱噪声所占有的成分足以满足预报中的精度要求
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对螺旋桨噪声预报方法的研究不仅可以评价舰船噪声性能, 而且可以为进一步开展低噪声隐身舰船提供设计理论支持 和数据支持。螺旋桨作为噪声源的辐射噪声中, 由于舰船 航速和螺旋桨转速不同, 螺旋桨声级大小和种类也不相同。 因此, 对螺旋桨噪声进行预报时, 按噪声物理特性的不同, 可将螺旋桨噪声分为两大类: (1) 螺旋桨空泡噪声; (2) 螺旋桨无空泡噪声。 第二类螺旋桨无空泡噪声又分为: ������ 螺旋桨无空泡低频离散谱噪声; ������ 螺旋桨无空泡低频连续谱噪声; ������ 螺旋桨无空泡高频噪声。 在对于螺旋桨噪声预报的研究中, 空泡噪声预报研究较无 空泡噪声预报研究开展得早。这是由于在过去舰船设计中, 螺旋桨大部分时间工作在空泡工况下, 螺旋桨空泡噪声十 分突出, 空泡噪声的预报自然就被科研人员重视起来。
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2.2低频离散谱噪声 螺旋桨无空泡低频离散谱噪声主要是由于螺旋桨工 作在船尾的非均匀流场中, 当螺旋桨叶片周期性旋转时, 这种非均匀流场会使叶片产生非定常升力脉动, 从而辐射 出周期性的离散谱噪声。对于螺旋桨低频离散谱噪声, 可 用非定常升力面理论和声学方法相结合的预报方法。升 力面理论非定常力的求法是根据势流理论, 用Green定理 求出桨叶面上的扰动速度势和表面上的压力分布, 用压力 分布作为离散谱噪声的源强, 声学方法采用频域法, 且利用 螺旋桨面理论、傅立叶变换和特殊函数等方法。最终可 得公式:
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引言
舰船辐射噪声一直是衡量舰船战斗力及生存能力的主 要性能之一, 特别是潜艇辐射噪声水平已经成为其最主要的 作战性能指标。在舰船的辐射噪声源的组成中, 螺旋桨噪声 占极其主要的位置。舰船航行中, 螺旋桨一旦发生空泡, 在 几千赫以上的中高频段主要是螺旋桨空泡噪声, 随着空泡的 发展, 螺旋桨空泡噪声成为舰船总噪声中最主要成分。在低 航速, 螺旋桨未发生空泡前, 以舰船机械噪声为最高, 螺旋桨 噪声次之, 但噪声级相差不是很大。而随着机械工业的发展, 机械设计安装的精密化, 浮筏等隔振减振装置的使用, 机械 噪声降低趋势明显, 螺旋桨噪声也相应日渐突出。因此, 螺 旋桨噪声预报中无论是对空泡噪声的预报还是对无空泡噪 声的预报都具有重要的意义。
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谢谢！
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利用上述公式不仅可以计算不同螺旋桨的无空泡低频 离散谱噪声级, 还可以计算螺旋桨几何参数(如桨直径、 螺距、叶数、侧斜、拱度等)对噪声级的影响。对于一 些特殊的螺旋桨如对转螺旋桨的噪声, 则需要对上面的 预报方法进行进一步改进以应用之。 2.3低频连续谱噪声 螺旋桨的低频连续谱噪声主要是由于螺旋桨工作在船 尾的湍流场中, 由于湍流和叶片的相互作用产生随机升 力脉动, 从而辐射出低频连续谱噪声。 对低频连续谱噪声理论预报, 对螺旋桨来流湍流和叶片 作用用条带理论分析, 近似地把叶片沿叶展方向分成若 干个条带, 把每一条带看作是二维剖面, 总的声辐射是 每一条带上非定常力产生声的总和。
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(2) 在声级测量中的声级测量公式
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2 无空泡噪声预报方法
2.1高频噪声 由于无空泡高频噪声的辐射源是螺旋桨叶片边界层内的湍 流部分, 其辐射的生成机理相当复杂, 因此, 目前一般采用 试验与经验相结合的方法, 来对实桨进行预报。 该方法与预报空泡噪声一样采用相似的方法将模型的无空 泡高频噪声换算成实桨的无空泡高频噪声。由于在相似过 程中不可避免的破坏雷诺及柯西相似准则, 在预测实验室 必须遵循以下条件:
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(2) 螺旋桨噪声预报程序化 计算机迅速发展及在各领域的广泛应用, 各种方法计 算机程序化已成趋势。同样螺旋桨噪声预报的程序化, 可以大大提高噪声预报的效率与经济成本。 (3) 预报方法的逆化 对螺旋桨噪声的预报不应该仅仅为了评价螺旋桨的性 能, 还应该将螺旋桨噪声预报方法逆化来指导螺旋桨 设计, 以提高螺旋桨的声学性能。
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展望与建议
在螺旋桨噪声预报研究中, 随着流体力学的发展, 对漩涡 空泡的进一步研究, 可大大提高螺旋桨噪声预报的准确 性。随着计算机技术的提高, 以及各种软件与程序的发 展, 逐渐可以解决理论上描述螺旋桨空泡噪声及无空泡 高频噪声的复杂特性, 这样可以进一步完善螺旋桨噪声 的理论预算方法。螺旋桨噪声预报的研究已越来越引起 重视。 (1) 试验和实验数据系统化 在螺旋桨噪声预报研究中, 进行了多种试验, 但不是系统 的, 实验数据也没有进行系统的整理。只有试验和实验 数据系统化, 才能对螺旋桨预报中产生的误差进行归纳, 从而得到较满意的修正公式。
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随着设计方法的改进, 设计人员经过努力将螺旋桨空泡临 界航速大大提高, 对于潜艇等舰船, 螺旋桨空泡工况状态已 经不具有典型性。螺旋桨无空泡噪声就逐渐突出起来。因 此, 对螺旋桨无空泡噪声预报的研究也逐渐得到重视和发 展。在螺旋桨噪声预报方法研究中, 研究人员发现螺旋桨 空泡噪声和螺旋桨无空泡高频噪声的物理特性极其复杂, 在用理论方法进行预报时, 难以完全符合其物理特性, 而只 能相应提出一些假设进行理论研究, 但经过假设后的理论 预报与实际有较大差距。因此, 目前对这两类噪声一般采 用试验换算的方法进行预报。其他两类噪声(螺旋桨无空 泡低频离散谱噪声、螺旋桨无空泡低频连续谱噪声)经过 试验验证发现, 理论预报和实际相差不大, 具有很强的可行 性, 因此对这两类噪声一般采用理论的方法进行预报。