舰船螺旋桨噪声预报

1、舰船螺旋桨噪声预报舰船螺旋桨噪声预报舰船螺旋桨噪声预报 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,

2、 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。引 言1舰船螺旋桨噪声预报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

3、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。2舰船螺旋桨噪声预报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

4、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。3舰船螺旋桨噪声预报 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

5、速度相似、空泡特征相似等一些相似准则, 由参考文献可得:1 空泡噪声预报方法4舰船螺旋桨噪声预报5舰船螺旋桨噪声预报6舰船螺旋桨噪声预报(2) 在声级测量中的声级测量公式7舰船螺旋桨噪声预报8舰船螺旋桨噪声预报9舰船螺旋桨噪声预报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:2 无空泡噪声预报方法10舰船螺旋

6、桨噪声预报11舰船螺旋桨噪声预报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:12舰船螺旋桨噪声预报13舰船螺旋桨噪声预报14舰船螺旋桨噪声预报15舰船螺

7、旋桨噪声预报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。16舰船螺旋桨噪声预报1

8、7舰船螺旋桨噪声预报18舰船螺旋桨噪声预报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19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舰船螺旋桨噪声预报20舰船螺旋桨噪声预报21舰船螺旋桨噪声预报22舰船螺旋桨噪声预报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。3 展望与建议23舰船螺旋桨噪声预报(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,