船用离心泵压力脉动与振动信号的相干分析研究

非定常流动是引起泵振动的主要因素之一,为了明确压力脉动与振动之间的关联关系,搭建了闭式实验系统,对一台船用离心泵进行压力脉动和振动的同步测量。基于快速傅里叶变换获得了各监测点压力脉动、基脚振动信号的频谱特性及功率谱特性;通过计算压力脉动信号与振动信号的相干函数,并通过比较不同测点的相干系数大小,分析了压力脉动对振动的贡献。结果表明,压力脉动与振动均在轴频、叶频及其高次谐波等离散频率下能量突出;不同频率下各测点的压力脉动对泵振动的影响存在差异,其中进口压力脉动在600-700Hz及900-1000Hz频段对振动影响最大;隔舌压力脉动在0-600Hz及700-900Hz频段对振动影响最大;出口压力脉动在轴频的高次谐波等个别频率处对振动有一定影响。相干分析可作为建立压力脉动与振动信号之间关联关系的一种有效手段,由此为进一步离心泵内部流场改善及减振提供参考。     

管路声学测试中声与湍流脉动压力的分离研究

流动机械和阀件等管路声源的水动力噪声特性通常采用管测法进行。在管壁上嵌入的水听器同时接收到来自声源的"真声"和局部湍流脉动压力产生的"伪声"信号,因此有必要将二者分离,比较其量值和频谱特性,消除伪声对真声测量的影响。针对"真声"和"伪声"互不相干的特点,应用互谱和相干分析方法,建立了声与脉动压力分离的数据处理算法。对不同转速水泵在管内产生水动力噪声的测试结果进行数据处理和分析,结果表明,分离获得的湍流脉动压力谱与已有的理论研究结果一致,且量值远低于真声信号,对声源测试影响可以忽略。     

支管布置方式对输液管路压力脉动影响的试验研究

用实验方法研究不同支管布置方式的输液管路压力脉动问题。对于输液管路模型系统,测取3种流速28种支管布置方式下3个端面上各测点压力脉动信号,通过对压力脉动信号的分析,研究不同支管角度及支管位置对管内流体的影响。     

潜艇模型尾流场脉动速度及压力的子波自相关分析

采用热线风速仪和压力传感器同时测量潜艇尾流边界层的脉动压力和脉动速度信号,运用连续子波变换的自相关和互相关分析,研究边界层相干结构的变化规律。结果显示,相干结构在时空中呈多尺度分布,在对数区主要集中在大尺度,在缓冲区扩散到小尺度。在大尺度向小尺度的过渡过程中,相关性下降很快,小尺度涡相关性更弱。广泛存在的相关性很弱的小尺度涡成为数量巨大、含能很少的背景湍流。子波变换的自相关分析可以定性,也可以定量显示涡的时空特性,是研究湍流多尺度相干结构的有效方法。     

潜艇模型尾流场脉动速度及压力的子波自相关分析

采用热线风速仪和压力传感器同时测量潜艇尾流边界层的脉动压力和脉动速度信号,运用连续子波变换的自相关和互相关分析,研究边界层相干结构的变化规律.结果显示,相干结构在时空中呈多尺度分布,在对数区主要集中在大尺度,在缓冲区扩散到小尺度.在大尺度向小尺度的过渡过程中,相关性下降很快,小尺度涡相关性更弱.广泛存在的相关性很弱的小尺度涡成为数量巨大、含能很少的背景湍流.子波变换的自相关分析可以定性,也可以定量显示涡的时空特性,是研究湍流多尺度相干结构的有效方法.     

导管桨方位推进器无空化噪声数值预报研究

为了准确计算导管桨方位推进器水下辐射噪声,文章以非均匀进流条件下实尺度导管桨方位推进器为研究对象,采用扇声源方法结合边界元方法对导管桨方位推进器无空化噪声进行了数值预报,并分析了导管桨方位推进器不同部件噪声对总噪声的贡献。结果表明:壁面脉动压力幅值最强位置主要集中在桨叶的导边以及导管内壁面靠近桨叶叶梢的部分;径向测点声源级最大值对应的频率为叶频,轴向测点噪声在三倍叶频处声源级最大;静止部件噪声是径向测点噪声的主要贡献者,旋转部件噪声是轴向测点噪声的主要贡献者;导管桨方位推进器总噪声对应的宽带声源级指向性呈椭圆形;采用扇声源方法结合边界元方法能够预报导管桨方位推进器无空化噪声,为导管桨方位推进器的噪声性能评估提供一个新方法。     

离心通风机压力脉动形成机理及典型位置脉动特性分析

非定常激励是离心风机内部振动噪声的主要气动因素，压力脉动是反映通风机内部流动非定常激励特性的标志性参数，本文对某型离心风机内部流场进行非定常仿真计算，通过内部流动分离、压力变化、压力分布等情况，探索分析了压力脉动的产生机理；在此基础上，通过近蜗舌区域压力脉动量值分析，获得了离心风机内部典型位置压力脉动沿轴向分布特性和频率特性，为离心风机流体激励的改善及减振降噪提供参考。     

循环水槽推进叶轮近场辐射噪声数值模拟

为研究大型循环水槽中推进叶轮的辐射噪声特性,建立叶轮和管道的模型并对其进行数值模拟。采用计算流体力学(CFD)方法和滑移网格方法实现推进叶轮旋转,研究定常流场中推进叶轮的水动力和声辐射。在叶轮周围和桨轴后部布置一圈环形测点和一列轴向测点,监测叶轮径向和轴向各测点处的压力脉动,通过傅里叶变换得到各测点的噪声频谱。结果表明,推进叶轮轮缘处的噪声大致相同,在低频处声压级呈周期性变化,在高频处声压值不断减小,推进叶轮桨轴后的轴向测点声压随着距离的增加而迅速变小。     

循环水槽推进叶轮近场辐射噪声的数值模拟

为了研究大型循环水槽中推进叶轮的辐射噪声特性,建立了叶轮和管道的模型并进行了数值模拟。采用CFD方法,使用滑移网格方法实现推进叶轮的旋转,研究定常流场中推进叶轮的水动力和声辐射。在叶轮周围和桨轴后部布置一圈环形测点和一列轴向测点,监测叶轮径向和轴向各测点处的压力脉动,通过傅里叶变换得到各测点的噪声频谱。结果表明,推进叶轮轮缘处的噪声大致相同,在低频处声压级呈周期性变化,在高频处声压值不断降低,推进叶轮桨轴后的轴向测点声压随着距离增加而迅速变小。     

水下航行体模型尾部壁面脉动压力与近壁湍动速度同步测试

为了研究水下航行体尾部厚边界层湍流非定常特征,利用轴对称的光体模型及2个尺度不同的大附体模型,在低速风洞中进行模型尾部壁面脉动压力与近壁湍动速度同步测试,并采取相关计算、小波分析等方法作数据处理分析.结果表明:航行体尾壁面脉动压力信号主频成分相对较少,且频率较为固定,反映航行体尾厚边界层流动大尺度相干结构影响;而近壁湍动速度信号反映多种不同尺度的涡作用,且低频信号占据主要的频率成分,同时,随着离壁面距离的增加,湍动速度与壁面脉动压力最大相关系数减小.测试同时考察了不同大附体方案和雷诺数变化对航行体尾湍流特性的影响.     

小水线面双体船尾部结构水下辐射噪声特性及结构优化分析

小水线面双体船型尾部结构与常规单体船相差较大,开展小水线面双体船螺旋桨脉动压力激励尾部结构引起的水下辐射噪声特性研究及结构优化分析对于全船水下辐射噪声的控制具有重要作用。研究结果表明:双桨脉动压力相位差对于各阶脉动压力分量引起的水下辐射噪声都有显著影响,且大部分阶数对应的水下辐射噪声极小值出现在相位差180°时;相比其他优化措施,通过增加脉动压力作用区尾部结构横向加强筋的尺寸来降低各阶脉动压力分量引起的水下辐射噪声具有较高的效费比。     

非均匀伴流下无空泡螺旋桨涡流噪声的数值研究

应用分离涡方法(DES)对螺旋桨的涡流场进行了模拟。提出了一种在桨叶附近生成高质量边界层网格的结构化网格划分方法。利用Q准则和自定义函数对桨叶泄涡及其频率特性进行了研究。以桨叶表面脉动压力为声源,通过求解FW-H方程对螺旋桨噪声进行了预报。频谱分析表明螺旋桨低频离散线谱噪声、低频宽带噪声以及高频涡流噪声都得到了较好的预报,特别对涡流噪声的频谱特性进行了分析。数值计算结果表明:以单桨叶表面压力脉动为声源,涡流噪声为单调音,频率即为桨叶泄涡频率,声压级比宽带噪声高出约15 dB;以整个螺旋桨表面压力脉动为声源,涡流噪声在泄涡频率附近有着多条线谱,各线谱的频率间隔相等,声压级比宽带噪声高出约10 dB。     

声呐腔流激噪声场空间互功率谱及相干性研究

随着声呐基阵孔径的增大及探测频率的不断降低，声呐自噪声场特性研究需要由自功率谱空间分布特性扩展到空间互功率谱及相干特性。针对矩形腔和弹性矩形板透声窗组合的声呐腔结构，考虑弹性平板与内外声场的耦合作用，采用模态法建立了矩形板受湍流边界层脉动压力激励的腔内水动力噪声场空间互功率谱及空间相干性计算模型，计算分析了在不同频率和不同噪声场空间场点位置情况下的声呐腔水动力噪声场空间互功率谱和相干性特征，计算结果与实船声呐舱水动力噪声测试结果一致。     

管路脉动噪声前馈主动控制算法优化

噪声主动控制技术通过传感器采集噪声源信号作为输入,自适应算法输出信号驱动作动器抵消原有噪声,控制效果很大程度上取决于控制算法的性能。目前对于液体管路脉动主动控制的相关研究较少,需设计一种适用液体管路脉动噪声主动控制的算法。对传统宽带前馈FxLMS算法原理进行分析,针对管路脉动噪声低频线谱特征,设计线谱频率追踪算法进行峰值频率提取控制;对于作动器对参考信号造成的耦合干扰,设计声反馈补偿算法消除。设计试验将传统算法和优化后算法的脉动衰减效果进行对比,结果表明优化算法对不同频率的脉动线谱都具有衰减效果,相比宽带前馈算法提升约2 dB的脉动衰减量。     

国外舰船水动力噪声研究进展概述

水动力噪声是潜艇和水下航行体较大航速时的主要噪声源,在低Ma数情况下,它主要是湍流边界层脉动压力激励结构振动产生的辐射噪声.文章综述湍流边界层脉动压力的频率-波数谱模型、湍流脉动压力测量方法以及弹性结构受湍流脉动压力激励的外部区域场计算的研究进展.     

带前置支撑导管桨导管脉动压力特性试验研究

应用微型脉动压力传感器对某带前置支撑导管桨航行器的导管脉动压力进行了测量,介绍了试验设备、试验方法和数据处理方法,并分析了导管脉动压力的频域特性,获得了脉动压力沿导管内壁周向和轴向的分布规律,以及水速、桨叶主参数对导管脉动压力的影响,可为推进器性能优化设计提供必要的数据支撑。结果表明:导管脉动压力线谱主要与桨叶叶频倍数相关,以一阶叶频为主;导管桨盘面处各周向测点脉动压力量值相当,无明显差异;轴向位置导管脉动压力在桨叶梢部弦长中点附近处最大,沿轴向随距离增加衰减迅速,且在导管出口段衰减比入口段更快;不同水速时导管脉动压力分布规律一致,随水速变大导管脉动压力迅速增加;桨叶直径与最大导管脉动压力之间线性关系显著。     

孔腔脉动压力及其波数—频率谱的大涡模拟研究

孔腔流动中包含着流动分离和失稳以及涡旋相互干扰等复杂的流动现象。孔腔涡旋流动引起的流体振荡能够引起脉动压力的显著增加从而产生强烈的噪声,在工程实际中备受关注。湍流脉动压力是流激噪声的重要来源,也是湍流研究中的基础性问题,对其进行数值计算研究是流声耦合领域的重要内容,而湍流脉动压力波数—频率谱的构建更是该领域的技术难点。文章采用大涡模拟方法(LES)对孔腔脉动压力进行了数值模拟,考察了四套网格和四种亚格子应力模型对计算结果的影响,并与试验结果进行比较,验证数值计算方法的可靠性。首先采用大涡模拟方法计算了孔腔的脉动压力,并与中国船舶科学研究中心的空泡水筒试验结果进行对比分析。接着详细地分析孔腔脉动压力,研究亚格子应力模型和网格数量对计算结果的影响。最后,对数值计算得到的脉动压力多元阵列结果进行时间/空间Fourier变换,构建了三维脉动压力波数-频率谱。该文工作对今后流激结构振动噪声的预报和流动控制研究奠定了基础。     

虚拟测点对ITD法识别结果的影响

ITD(Ibrahim Time Domain)法是一种常用的时域模态识别方法。该方法利用结构振动响应的自由衰减信号,通过两次延时,构造出系统的特征矩阵,然后通过求解特征值问题,获得系统的模态参数。在ITD法识别中,信号测点数往往达不到系统自由度数,将信号延时△t’作为补充的虚拟测点来增加测点数,使特征矩阵的阶数增大,达到识别出更多模态数的目的。本文通过一个数值算例,用ITD法对加入噪声的信号进行识别,分析不同虚拟测点数时的识别结果,研究虚拟测点对ITD法识别结果的影响,结果表明增加虚拟测点数不仅能增加识别出的模态数量,而且有助于减小噪声的干扰,使ITD法对噪声的敏感性降低。     

舵空泡对船体压力脉动的数值分析

[目的]船舶航行时舵表面发生的空泡将使船体产生振动和噪声,为了研究舵空化效应引起的船体压力脉动及其影响,[方法]基于Star-CCM流体计算软件,对实船在某航速下在5°和10°舵角航行时产生的空泡进行预报,分析船体压力脉动产生的规律。[结果]分析结果表明,舵空化效应对船体压力脉动有直接影响;在5°,10°舵角工况下,舵空化对船体造成的压力脉动幅值远大于舵表面不存在空化时船体表面的压力脉动幅值,舵发生空化效应越剧烈,船体表面压力脉动的波动幅值就越大。[结论]研究结果论证了舵空化效应对船体的振动和噪声有着直接影响。     

螺旋桨脉动压力及噪声特性的数值模拟研究

采用LES方法结合FW-H声学模型计算分析了螺旋桨的近场脉动压力和远场声辐射特性。近场脉动压力分析结果表明:脉动压力频谱特性在桨盘面和桨轴方向存在差异,脉动压力幅值随着距离增大迅速衰减;若要得到螺旋桨远场辐射噪声,声压接收点的位置需至少距离螺旋桨10倍直径。远场噪声指向性分析结果发现:声压总级在桨轴纵向平面呈现椭圆形分布,轴向总声级比盘面周向大。此外,噪声频谱特性的分析结果发现,桨盘面和桨轴方向声辐射频率特性也存在差异。