船舶螺旋桨—艉部流场互作用噪声的研究

由螺旋桨引起的互作用噪声构成了船舶中高速航行时整个辐射噪声的重要部分。由螺旋桨叶片和船舶艉部非均匀流场相互作用引起了低频离散谱噪声。由螺旋桨叶片和艉部湍流场相互作用产生了螺旋桨低频宽带噪声。利用升力面理论和声学方法得到的离散谱噪声的预报公式,对螺旋桨不同直径、侧斜、纵倾对离散谱噪声的影响作了数值计算,并得到了工程上有实用意义的结果。在分析螺旋桨低频宽带噪声成因的基础上得到了理论分析方法,并作了数值计算。整个方法不仅对船舶螺旋桨噪声预报提供了十分重要的工具,而且对螺旋桨的噪声控制也有重要的实用价值。     

水下高速航行体对转螺旋桨线谱噪声预报研究

对转螺旋浆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桨相互干扰所引起的。线谱噪声的预报方法是利用升力面理论和声学方法相结合实现的。文中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。预报值和试验结果吻合良好，整个方法对行体的性能预报、噪声源识别和桨的低噪声设计均具     

入射湍流与螺旋桨相互作用的低频宽带噪声预报研究

对船舶螺旋桨低频宽带噪声理论预报方法进行了研究。文章全面综合归纳了现有船舶螺旋桨低频宽带噪声预报的主要方法,并对最常用的谱方法开展了分析,给出了详细的公式推导和数值离散过程;同时通过与文献中试验结果比较,证实了该预报方法的合理性。利用谱方法预报得到了某船舶螺旋桨的1/3Oct.低频宽带噪声,结果表明,船舶螺旋桨低频宽带噪声在叶频及其谐频处存在脉动的峰值(humps),其低频宽带噪声谱量级主要取决于螺旋桨0.7r处的特征值;通过研究得到了螺旋桨低频宽带噪声与主要参数的定量关系,研究成果可为螺旋桨的低噪声设计提供参考。     

螺旋桨离散谱噪声计算研究

在螺旋桨处于非空泡状态时，离散谱噪声是舰艇辐射噪声的主要成分之一。因而对螺旋桨离散谱噪声进行预报控制至关重要。螺旋桨离散谱噪声计算一般是在螺旋桨非定常力计算和声学计算相结合的基础上得到的。非定常力可以采用面元法或升力面方法计算得到。本文对两种方法进行了比较，结果面元法要优于升力面方法。随后的算例采用面元法计算出螺旋桨非定常力后作为FW—H方程的源项进行了螺旋桨离散谱噪声预报，并通过螺旋桨参数变化可得到离散谱噪声变化规律。     

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。     

螺旋桨低频流噪声模拟方法研究

针对DTMB P4119螺旋桨在进速比为0.833时的流噪声进行研究,探讨螺旋桨低频流噪声数值模拟方法。首先采用大涡模拟方法模拟螺旋桨的非稳态流场,然后求解K-FWH方程预测低频流噪声。将计算得到的推力系数和扭矩系数与实验值比较,验证流场模拟的正确性。从流场仿真结果可以看出,螺旋桨表面存在连续的涡脱落现象。声场计算的结果表明:离散噪声远大于宽带噪声;宽带噪声主要由螺旋桨表面的涡脱落引起,宽带噪声引起螺旋桨近场总声压级的周向波动;在同一半径处总声压级沿轴向逐渐减小,在同一平面内总声压级沿径向先增加后减小。     

预报螺旋桨噪声的方法

螺旋桨是舰船主要的噪声源,螺旋桨噪声的预报对评价螺旋桨声学性能及螺旋桨声学设计有非常重要的意义。本文分别对螺旋桨空泡噪声、螺旋桨无空泡高频噪声、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等四类噪声的预报方法进行了介绍,并对今后螺旋桨噪声预报方法研究提出了建议和展望。     

螺旋桨低频宽带噪声影响参数研究与流—声多目标优化设计

文章以谱方法为理论基础,以条带法为数值求解方法,针对Sears力响应函数引入厚度修正,建立了螺旋桨低频宽带噪声理论预报方法.通过对比10叶模型螺旋桨水筒试验数据,验证了厚度修正的效果,厚度修正后总声级误差由2 dB减少至1.1 dB.文中利用厚度修正后的预报方法,从三个层次六个方面对影响螺旋桨低频宽带噪声的参数进行研究,并实现了流-声多目标优化设计:(1)单个螺旋桨影响参数灵敏度分析:①外半径型值对总声级影响较大,而内半径几乎没有影响.②利用Sobol灵敏度分析法对两个不同叶数螺旋桨的流场参数和螺旋桨参数进行研究发现:不同桨叶下各参数影响因子几乎一致,来流速度对于螺旋桨低频宽带总声级有最大贡献,约为30％的正效应,其次是湍流度约为22％的正效应,而湍流积分长度仅占7％的负效应.(2)单个螺旋桨流—声多目标优化设计研究:以NSGA-Ⅱ为优化算法,结合非定常面元法和低频宽带噪声预报方法,实现流-声多目标优化设计.(3)多个螺旋桨相对关系稳健性分析:对不同螺旋桨低频宽带噪声相对关系稳健性进行研究,分析湍流积分长度和湍流度变化的影响.该文的研究成果为下一步将低频宽带噪声纳入螺旋桨设计考核指标奠定了理论基础.     

预报船后伴流场中空泡螺旋桨诱导之脉动压力的一个实用方法及其验证

在船舶设计阶段，早期预报其振支性能对舰船设计师是非常重要的。本文提出了一个预报船后伴流场扣空泡螺旋浆诱导之脉动压力的一个实用方法，即应用准定常升为线理论与二元空泡叶栅理论相结合来计算叶在船后各角位置上的空泡面积，然后再计算脉动压力，在升力线准定常计算中引入了升力面及粘性修正血子。空泡叶栅计算表明比线生化民水翼理论更接近值，它考虑了叶片之间的干扰作用。采用重叠船模的Ｈｅｓｓ－Ｓｍｉｔｈ方法计算出船尾     

船舶推进器低频宽带非定常力试验研究

低频宽带力是船舶推进器非定常力的重要组成部分,一方面它会直接辐射引起低频段较高的噪声,另一方面还会通过轴系传递到船体,引起船体振动并辐射噪声,因而对其研究具有重要意义.本文利用试验手段对船舶推进器低频宽带非定常力进行了系列研究,利用自主研制的非定常力动力仪,在大型循环水槽不同网格模拟伴流场中对不同叶数、不同材料推进器模型进行了低频宽带力测量,得到了低频宽带力的典型频谱特征规律,以及宽带力随速度、湍流参数、材料、叶数变化的定量关系.研究成果可为船舶推进器低频宽带力的理论预报方法提供试验验证数据,同时为宽带力的频谱特征规律分析提供了试验支撑.     

舰船尾迹图像去噪处理方法研究

针对现有去噪处理方法获得的舰船尾迹图像质量较差,边缘信息模糊等缺点,提出一种基于MCA与特定滤波器相结合的舰船尾迹图像去噪处理方法,对舰船尾迹成像模型和相干斑噪声模型以及统计特性进行了分析和计算;采用MCA对舰船尾迹结构成分与水面复杂背景纹理成分进行有效分离,分别选择双正小波变换和剪切波变换构建舰船尾迹纹理字典和结构成分字典,将舰船尾迹图像形态成分分离过程转化成最优化问题进行求解,去除了干扰;采用同态滤波对去噪处理后的舰船尾迹图像进行增强,并设计了高通滤波器来替代同态滤波函数中的滤波器,实现了舰船尾迹图像的中低频成分抑制和高频部分增强。实验结果表明,所提方法对舰船尾迹图像的去噪处理效果最好,得到的图像边缘清晰度更高,纹理特征也更加显著,且细节信息得到了增强。     

泵喷推进器水动力噪声的数值预报

泵喷推进器由于其高航速时优异的噪声性能,在核潜艇上已得到广泛应用,对其水动力噪声数值计算方法进行研究具有重要意义。文中首先在利用CFD方法得到固体壁面脉动压力分布的基础上,基于边界元方法完成了静止固体壁面流噪声的计算,结合点源模型并借鉴扇声源理论完成了任意边界条件下旋转声源噪声的计算,并且噪声计算结果与试验值、文献值吻合较好;然后以某泵喷为对象分别计算了泵喷静止部件和旋转部件的水动力噪声,最后对二者声场进行叠加即得到泵喷总噪声。结果表明静止部件噪声宽带总声级在径向最高,旋转部件噪声则在轴向最高;在导叶通过频率及其谐频处,由于叶轮与导管内壁面相互作用区域脉动剧烈,使得导管成为径向测点处噪声的主要贡献者,导叶对总声场的贡献量很小。     

船舶尾部流动与多个螺旋桨相互干扰的数值模拟

本文使用RANS方程，K－ε模型和螺旋桨升力面理论，通过力场模型将船舶尾部流动计算程序和螺旋桨性能预报计算程序耦合，用数值方法模拟了由多个螺旋桨驱动的船舶尾部流动的复杂结构和形态，初步探索了船尾流动与多个旋转螺旋桨之间的强烈相互作用。一个带四桨的船模作为数值例子。给出了计算结果并作了定性和定量的分析，与可用的试验结果作了比较，较为吻合。     

减压拖曳水池中空泡螺旋桨脉动压力测试研究

本文研究了在减压拖曳水池中进行空泡螺旋浆诱导的船尾脉动压力的测试方法，并且测试了某一多功能货船模型的船尾脉动压力，通过测试结果分析，并与相同螺旋浆模型在空泡水筒中的测试结果进行比较，证明了减压拖曳水池中进行空泡螺旋浆脉动压力测试是可行的。     

螺旋浆在外磁场中转动所产生的磁特征信号

现代水雷技术的进步对消磁提出新的要求，除铁磁效应外，还须考虑其他电磁源的特征信号，如水下电位，极低频电磁特征信号及与磁场和涡流有关的腐蚀效应，介绍一种由直流电磁源产生的特征信号，在以前的文献中没有对该特征信号进行描述，通过简单分析计算可证明，一个旋转的导电螺旋浆感应的涡流可产生一个横切外部磁场的净磁矩，该磁矩的大小与螺旋浆的材质、大小、外部磁场的磁通量及螺旋浆的角速度有关，讨论了螺旋浆模型的基本理论及实验结果。     

数值分析模型在船舶环境噪声中的应用

为提高船舶结构噪声特性计算精度,本文根据船舶噪声特性,建立考虑能量泄漏的噪声有限元模型,并将其与流体动力学理论相结合,对船身-水流耦合噪声特性进行数值计算。计算结果表明,船舶噪声对船身掠射角较为敏感,同时海面扰动对船舶噪声的贡献较大,因此在抑制船身结构低频噪声时,应着重考虑海面扰动因素。     

螺旋桨低频振动声辐射特性研究——水母模态

[目的]发现了一种螺旋桨噪声新成分——螺旋桨低频弹性被激发而形成的声辐射,特别是桨叶同相模态被激发引起的强烈声辐射,我们称之为"水母模态",由其激发诱导的推进器轴系艇体系统低频窄带声辐射,并称为"水母效应"。为揭示其形成机理,开展螺旋桨低频固有振动特性研究。[方法]基于精细网格有限元方法分析螺旋桨的模态特征,得到空气和水介质中螺旋桨模态特性以及桨叶失谐对模态特性的影响规律;引用循环对称结构振动理论,对数值计算结果予以进一步验证。[结果]结果表明,在空气和水介质中,螺旋桨振动模态具有分组特征以及组内呈现出单频、重频模态的特征;桨叶失谐对重频模态影响较大而对单频模态/振型影响较小;精细化有限元计算结果与循环对称结构理论分析一致。[结论]本研究揭示了螺旋桨的低频模态特性,为螺旋桨低频噪声机理分析和控制提供了理论支撑,具有理论和工程应用价值。     

导管调距桨的定常性能预估

本文建立了一个预估导管可调螺距螺旋桨水动力性能的数值计算方法，即螺旋浆用升力面理论、导管采用面元法，通过迭代计算考虑浆和导管的相互影响。引入了一个修正的螺旋浆尾涡模型，来模拟尾涡片的扭曲变形及分离现象，对导管桨性能预估的各种影响因素分析了系统研究，并考虑了桨毂对性能的影响。对JD简易导管桨和导管调距桨（JD7704导管＋JDC三叶可调螺距螺旋浆）分别进行了计算，并与实验结果进行了比较。结果表明，本文所建立的方法可较好地预估导管桨的水性能，精度比以往有较大的提高。     

基于CFD的对转桨无空泡噪声的仿真预报

为建立有效的预报对转桨无空泡噪声特性的方法,基于CFD方法对CRP-7对转桨进行数值仿真。使用FLUENT 14.0计算均匀来流下的瞬态水动力性能,利用FLUENT 14.0中的声学仿真模块进行无空泡线谱噪声的数值模拟分析,将数值计算得到的声压频谱曲线同理论计算值进行对比,再模拟并分析噪声指向性。实验值与理论计算值对比表明,所构建的计算方法可靠。对转桨无空泡线谱噪声呈周期性脉动的规律及近桨处声指向性为与单桨不同的类"8"字形分布。     

船体与舵相互作用的计算研究

精确估算作用于船体上的流体动力，分析船体与螺旋浆和舵之间的相互作用，均是建立船舶操纵性数字模型所必需的。将船舶研究开发的纳维尔－斯托克斯海王星程序，扩展应用到计算操纵性能中船秘舵周围的水动力上。通过计算值与测试值的比较，概要介绍了数值法。由于船体与舵之间的流体动力及相互作用，二者在模拟与测试结果方面非常一致，因而证明本方法可以运用于实际设计。