用于声学测量的消声风洞研究综述

为进行舰艇声学测试试验,本文论述建造消声风洞的必要性。介绍国外、国内低湍流度、低噪声风洞的发展现状,阐述消声风洞各部分的设计与校核方法;提出消声风洞流场品质和消声效果的分析方法。     

非均衡湍流边界层脉动压力测试研究

通过建立非均衡湍流边界层脉动压力测试技术及可提供较高测试信噪比的低噪声风洞试验装置,采用表面贴装式硅微传声器线列阵,测量获得了不同压力梯度模型的湍流边界层脉动压力特性,压力梯度模型表面湍流边界层脉动压力低频平台区幅值增加3-5 dB;回归得到了非均衡湍流边界层流脉动压力频谱与Strauhal数及Re数和压力梯度相关的拟合模型,具有一定的适用性;压力梯度对湍流边界层脉动压力频率—波数谱的影响主要集中在300 Hz以下的低频段,传输波数附近峰脊区谱级增加3-5 dB。     

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.     

湍流脉动压力下椭球声呐腔水动力自噪声分析

运用统计能量法建立水下椭球壳形状的声呐腔模型.利用计算流体动力学软件计算不同航速下声呐罩表面湍流边界层的分离点,考虑了湍流脉动压力空间分布的不均匀性.分析航速以及不同吸声和阻尼处理方案对声呐腔水动力自噪声的影响.理论评估吸声处理的结果和数值计算的结果比较吻合.研究表明:航速越大,自噪声越大;透声窗面积所占总表面积的比例...     

空调通风系统消声器设计及试验

加装通风消声器是降低空调通风管路噪声最为有效的方法,针对某空调通风系统噪声特性,设计了一种新型通风系统消声器,并对不同穿孔管穿孔率、吸声材料及包敷层材料的方案组合进行了消声量和阻力损失初步测试,根据测试结果确定了最优样机方案。最优样机在消声室里进行了性能试验,其测试结果满足设计要求。所设计的最优消声器具有消声效果好,阻损低等优点,已批量在实船上应用,并取得了较好的降噪效果。     

某型海洋科学考察船舱室噪声控制

为保证某型海洋科学考察船舱室噪声满足设计要求,分析该船主要噪声源,考虑噪声源及传播途径,综合应用吸声、隔声、消声、隔振、阻尼以及通风系统低噪声设计等控制技术,实船测试结果表明舱室噪声满足设计要求,该船舱室噪声控制技术合理有效。     

舰艇声隐身技术研究用消声风洞设计

目前在舰艇声隐身技术领域中,螺旋桨噪声和流噪声机理研究所需要的实验手段存在明显不足,为弥补这一不足,利用空气中消声比水中容易的优势,借鉴气动声学的研究方法和实验手段,从原理分析、数值仿真和实验验证等方面,探讨了舰艇声隐身技术研究用消声风洞的一些重要设计问题,包括风洞气流通道的布局形式以抑制驱动系统的传递噪声、实验测试段的非对称布置以获得远场声学测点、低频噪声控制的实现等。舰艇声隐身技术研究用消声风洞的设计方案得到了实验结果的验证,消声风洞成为舰艇螺旋桨噪声和流噪声机理研究的一种新的实验设施。     

管路低噪声排水装置设计及试验研究

管路噪声是舰艇低频噪声的重要来源之一,严重影响舰艇的声隐身性能。针对舰艇中典型的离心泵组,设计蓄能器和亥姆赫兹消声器相结合的低噪声排水装置。通过AMESim软件建立仿真模型,并搭建实验平台进行验证。仿真和实验结果均表明,低噪声排水装置可以有效衰减离心泵出口管道中的压力脉动,从而降低流体噪声和管路振动。     

舰艇声隐身技术研究用消声风洞设计

目前在舰艇声隐身技术领域中,螺旋桨噪声和流噪声机理研究所需要的实验手段存在明显不足,为弥补这一不足,利用空气中消声比水中容易的优势,借鉴气动声学的研究方法和实验手段,从原理分析、数值仿真和实验验证等方面,探讨了舰艇声隐身技术研究用消声风洞的一些重要设计问题,包括风洞气流通道的布局形式以抑制驱动系统的传递噪声、实验测试段的非对称布置以获得远场声学测点、低频噪声控制的实现等。舰艇声隐身技术研究用消声风洞的设计方案得到了实验结果的验证,消声风洞成为舰艇螺旋桨噪声和流噪声机理研究的一种新的实验设施。     

湍流边界层脉动压力对声强测量的影响研究

实际声强测量时常常存在风流或水流,如在飞机或船舶上进行测量,声强探头将受到湍流边界层脉动压力的影响。如何评估该影响以及如何修正测量结果是人们十分关心的工程实用问题。该文首先简要介绍了建立的由湍流边界层脉动压力诱发声强的理论模型。接着利用现有的湍流边界层脉动压力频率-波数谱模型,对湍流边界层脉动压力及其诱发的声强进行了数值分析。为了验证理论模型及数值结果,设计制作了一套实验装置,对湍流边界层脉动压力及其产生的声强进行了具体测量分析。结果表明,湍流边界层脉动压力的测量结果与数值结果吻合良好,测量得到的边界层脉动压力诱发的声强特性与计算结果也十分一致,但必须注意对测量传感器的空间响应进行修正。     

Numerical study on flow-induced noise for a steam stop-valve using large eddy simulation

The noise induced by the fluctuant saturated steam flow under 250 °C in a stop-valve was numerically studied.The simulation was carried out using computational fluid dynamics（CFD） and ACTRAN.The acoustic field was investigated with Lighthill＇s acoustic analogy based on the properties of the flow field obtained using a large-eddy simulation that employs the LES-WALE dynamic model as the sub-grid-scale model.Firstly,the validation of mesh was well conducted,illustrating that two million elements were sufficient in this situation.Secondly,the treatment of the steam was deliberated,and conclusions indicate that when predicting the flow-induced noise of the stop-valve,the steam can be treated as incompressible gas at a low inlet velocity.Thirdly,the flow-induced noises under different inlet velocities were compared.The findings reveal it has remarkable influence on the flow-induced noises.Lastly,whether or not the heat preservation of the wall has influence on the noise was taken into account.The results show that heat preservation of the wall had little influence.     

梁系统计能量分析中传输波的影响

机械系统中激励源传出的波将沿传输路径衰减,并会经由含源子系统边界传递出去,因而只有输入功率的残余部分以混响场的形式消耗在该子系统内。为提高应用统计能量分析法（SEA）计算振动噪声的精度,对上述过程进行深入分析,并以一个简单梁系为例,给出传入该梁系的输入功率的表达式。分析结果表明,传输波对计算结果的影响随着损耗因子的增加而增加。同时,分析将传输波的影响计入诸如舰船这种复杂空间结构的实际可行性。估算结果表明,仅对含源子结构考虑传输波的影响是充分可行的。     

流固耦合作用下的注水管路流激振动噪声数值模拟

大压差工况下,船舶内部液舱自流注水时管路振动噪声问题突出。采用有限体积法离散大涡模拟的流体控制方程,计算分析典型工况下注水系统管内流场。考虑管内液体对管道结构振动的影响,计算注水管路的“湿模态”。以管路壁面流体压力脉动作为激励源,基于有限元法对流固耦合作用下管道结构的振动和流激振动辐射噪声进行数值模拟。对阀门上下游不同监测点的流激振动噪声频谱进行分析,探究管路流激振动噪声产生、传播和衰减规律。分析结果表明:注水系统管道结构流激振动噪声沿管道传播基本无衰减;流激振动噪声频带较宽,主频率为80 Hz;管道结构的流激振动噪声整体幅值较大,需要采取增加弹性管卡等措施进行治理。     

Ship underwater noise assessment by the acoustic analogy,part III: measurements versus numerical predictions on a full-scale ship

The acoustic analogy represents a powerful and versatile approach, able to numerically predict the noise generated by a body moving in a fluid. It is widely used to provide essential indications about the aeroacoustic behavior of aircraft and helicopters (even at a design stage) and, eventually, to pursue effective strategies aimed at desirable reduction and/or control of noise. Nevertheless, applications in the area of hydroacoustics and in the prediction of ship underwater noise are very rare. In this paper, the potential of the acoustic analogy is directly tested on a large ferry, for which a measurement campaign at sea was performed. In spite of the complexity of the tested configuration [the ship mounts two contracted and loaded tip (CLT) propellers located ahead of two rudders, and its hull is characterized by a rather elongated skeg] and the many variables not taken into account in the numerical simulation (such as the contribution from machinery noise and the probable occurrence of tip vortex cavitation), the agreement between the measured and computed noise spectra is quite satisfactory. The analysis suggests many interesting features of the ship hydroacoustic field: the dominant role played by nonlinear sources far from the body and the relevance of scattering effects from the hull surface. Furthermore, the scattered pressure seems to contribute to alter the frequency content of the resulting signatures with respect to the blade passage frequencies. Finally, an overview of future developments and applications of this numerical approach for marine/maritime problems is presented.     

低噪声迷宫式控制阀设计原理及数值分析

在舰船水管路系统中,采用控制阀进行管路系统阻力匹配设计并实现低噪声配置。控制阀在水力激励下形成振动噪声并通过管路传递形成船外辐射噪声。为降低管路系统振动及船外辐射噪声,有必要进行低噪声控制阀的设计研制。该文提出了控制阀水力及声学设计方法,采用流体动力学数值方法进行了低噪声控制阀原理分析,验证了分流、多级和迷宫拐角式低噪声设计原理。基于低噪声设计原理设计了包含上层穿孔、中层多迷宫流道和下层少迷宫流道三部分重叠形成的阀套流通结构的分层迷宫式控制阀。阀内流场分析结果显示:阀套出流不均匀形成高速低压区域,易发生空化增大噪声;阀套腔体和阀套沿出流方向出口处形成大尺度漩涡结构,为主要噪声源区域。     

A study on slamming pressure on a flat stiffened plate considering fluid–structure interaction

Normally, the design slamming pressure on the bottomof a semi-submersible-type floating rig is determined in a simple way using the relative speed obtained from an air-gap analysis. However, few studies have taken a thorough, robust, and deep-background approach to the estimation of design pressure. To investigate the slamming pressure on the bottom of a semi-submersible rig, a simplified deformable stiffened plate of a zero-degree deadrise angle is simulated using the nonlinear FEM software LS-DYNA, which can take the influence of fluid–structure interaction (FSI) into account. Various parametric studies are carried out to examine the effects of structural flexibility, coupling stiffness, mesh size, velocity, stiffener size, and air cushion. The pressure response on the plate by the coupling of fluid and structure is studied and the FSI effect of each parameter is discussed. Then, equivalent transient and static loads that result in the same maximum or permanent deformation as FSI are evaluated for design purposes through a series of parametric studies.     

机械和螺旋桨振动噪声作用下的物探船水下辐射噪声数值预报

探讨了考虑机械噪声和螺旋桨噪声共同作用下物探船水下辐射噪声有效计算方法,采用基于结构有限元-声学边界元的声固耦合模式直接一体化计算水下总辐射噪声级。建立了某物探船整船三维结构有限元模型以及流体声学边界元模型。在船体总振动响应分析基础上,将螺旋桨噪声以点声源的形式与机械振动源同时输入到统一声学环境中求解,对物探船水下辐射噪声进行数值预报,给出了物探船辐射噪声指向特性,并比较了两类噪声源一体化计算方法与直接叠加合成方法在物探船水下辐射噪声计算结果的差异。研究表明,采用机械噪声与螺旋桨噪声直接叠加合成总辐射声级的方法在工程精度上可接受,但一体化计算是更合理的处理方式。     

五自由度水下摄像机械手技术方案与虚拟样机设计研究

水下摄像机械手是进行水下复杂环境视频采集的理想工具。根据目前水下作业的使用需求,结合现有载人潜水器的技术特点,研究了水下摄像专用机械手的总体架构、机械原理、动力配置等关键技术指标,提出了水下摄像机械手初步方案,并用商用设计软件进行了虚拟仿真设计研究。结果表明,技术方案切实可行,为水下摄像机械手的工程化应用奠定了坚实的技术基础。     

鱼雷海水管路的流体力学分析

管路系统的辐射噪声在军事上已成为衡量现代鱼雷总体先进程度的重要标志之一。针对鱼雷海水管路脉动压力大、引发辐射噪声显著的特点,本文利用流体力学(CFD)软件进行分析,得出流体速度与管壁压力随入口流量的变化规律,总结了引起脉动压力变化的原因。理论分析和仿真实验结果表明:管路设计中应避免使用弯管,减小压力脉动。     

船用操舵系统低噪声设计及特性分析

舰船液压系统噪声大,严重影响船员生活。本文结合船用操舵系统,提出直驱式电液伺服系统架构设计,进行系统元件低噪声分析和选型。指出系统噪声源主要来自于液体噪声,并重点针对液压流体冲击噪声进行仿真分析。最后结合噪声源分析和仿真分析,给出进一步降噪设计建议。