船舶螺旋桨空泡噪声研究

从空泡运动机理、数值计算方法及试验研究三方面对船舶螺旋桨空泡噪声最新的研究动态作了简单回顾.理论方面给出Rayleigh方程的应用范围;数值计算方面,将FWH方程方法应用于船舶螺旋桨噪声计算.结合所做试验,考虑了水中含气量对船舶螺旋桨空泡噪声的影响.同时对进一步需要开展的螺旋桨空泡噪声工作进行了展望.     

螺旋桨空泡体积测量

螺旋桨背片空泡分布形态、变化趋势、面积、厚度、体积变化率对研究桨叶剥蚀、螺旋桨噪声及激振力具有重要的意义.通过双目立体视觉的计算机技术,利用两台不同角度的摄像机采集同一时刻的桨叶背片空泡,计算空间点在两幅图像中的视差,获得该点的三维坐标值,得到螺旋桨空泡面积和体积信息.通过连续采集空泡图像信息并实时处理可进一步得到螺旋桨背片空泡发展趋势和体积变化率信息,为解决降低螺旋桨激振力和噪声、桨叶剥蚀等问题提供了重要的技术检测手段,有助于螺旋桨设计者提供更优秀的螺旋桨方案.     

螺旋桨非空泡噪声数值计算方法研究

通过合理的区域划分,分别建立螺旋桨流场计算域与声学计算域,通过大涡模拟求解螺旋桨流场压力信息。利用Light-Hill声类比理论对流场压力进行变换,得到螺旋桨旋转域的面声源与体声源,由此计算整个研究域的噪声分布情况,并对螺旋桨非空泡噪声的指向性进行分析。利用试验值对计算精度进行验证,计算值与试验值对比结果表明,计算方法对螺旋桨非空泡噪声具有较高的预报精度。     

螺旋桨非空泡噪声数值计算方法研究

通过合理的区域划分,分别建立螺旋桨流场计算域与声学计算域,通过大涡模拟求解螺旋桨流场压力信息。利用Light-Hill声类比理论对流场压力进行变换,得到螺旋桨旋转域的面声源与体声源,由此计算整个研究域的噪声分布情况,并对螺旋桨非空泡噪声的指向性进行分析。利用试验值对计算精度进行验证,计算值与试验值对比结果表明,计算方法对螺旋桨非空泡噪声具有较高的预报精度。     

螺旋桨空泡和噪声特性试验研究

本文通过螺旋桨空泡噪声模型试验,研究螺旋桨空泡和噪声特征,以及螺旋桨不同阶段空泡和噪声的关系,探究螺旋桨噪声产生及控制机理.建立了螺旋桨空泡和噪声同步测试方法,针对2400 TEU集装箱船螺旋桨开展模型试验.从螺旋桨模型试验结果分析得出:片空泡脱落形成梢涡空泡产生的噪声量级最高,且具有宽带特性,梢涡空泡噪声量级次之;模型状态下片空泡脱落形成梢涡空泡,以及独立的梢涡空泡引起的空泡噪声均在1000 Hz附近存在明显峰值,对应实桨的峰值频率为50-60 Hz.     

螺旋桨空泡噪声测量与分析

通过对空泡水筒中螺旋桨进行空泡噪声测量试验,采集了螺旋桨在空化条件和非空化条件下的噪声信号。借助数字信号处理技术对声信号进行频谱分析,研究空泡噪声特征信号在频域的特征和规律,以便判别或预报这类空泡及其噪声特性。此次试验特别引入加速度计,测量了螺旋桨动力仪引起的机械振动信号,并得出其信号对水听器采集的水声信号影响较大,可采用噪声消除方法降低干扰。试验表明,噪声频率在高频时空化噪声比非空化噪声声功率级增加约20 dB。另外,详细介绍了噪声测量系统和测试方法,同时也采用高速摄像机对螺旋桨空泡进行了观测。     

螺旋桨空泡和噪声特性试验研究（英文）

本文通过螺旋桨空泡噪声模型试验,研究螺旋桨空泡和噪声特征,以及螺旋桨不同阶段空泡和噪声的关系,探究螺旋桨噪声产生及控制机理。建立了螺旋桨空泡和噪声同步测试方法,针对2400 TEU集装箱船螺旋桨开展模型试验。从螺旋桨模型试验结果分析得出:片空泡脱落形成梢涡空泡产生的噪声量级最高,且具有宽带特性,梢涡空泡噪声量级次之;模型状态下片空泡脱落形成梢涡空泡,以及独立的梢涡空泡引起的空泡噪声均在1 000 Hz附近存在明显峰值,对应实桨的峰值频率为50-60 Hz。     

螺旋桨梢涡空泡初生及尺度效应研究

应用气泡动力学方程和气泡运动微分方程研究了螺旋桨梢涡空泡的初生问题,并根据简化Reyleigh-Plesset方程推导了不同尺度模型空化初生空泡数换算公式,建立了空化初生尺度换算模型,研究了螺旋桨梢涡空泡初生尺度效应问题。螺旋桨梢涡流场应用RANS方法求解,湍流模型为经过旋转和曲率修正的代数雷诺应力模型(EARSM-CC)。计算结果表明,文中建立的数值方法能够准确预报出螺旋桨梢涡流场分布;螺旋桨梢涡空泡初生空泡数计算结果高于试验观察值;应用文中建立的空化初生尺度换算模型得到的结果与数值模拟结果基本吻合,而且其结果偏于安全。     

均匀流与非均匀流条件下螺旋桨空泡及噪声试验分析

利用空泡水筒,采用假体模拟伴流的方法,研究了均匀流与非均匀流条件下,不同流速和转速空化数时,螺旋桨空泡形态的变化和辐射噪声特性的差异。由空泡试验结果分析可知：同一流速时,螺旋桨空化程度随转速空化数的减小而变得剧烈;非均匀流条件下,螺旋桨处于不同强度伴流区时,桨叶表面空泡范围和大小差异很大,进入高伴流区时空泡加剧,远离高伴流区时空泡减弱。由噪声试验结果分析得出：针对各空泡数,随着流速的增大,辐射噪声总声级也随之增长;另外,无空泡与有空泡时,其噪声频谱曲线在高频段差异很大,表明空泡噪声对高频段的贡献较低频段大;同时,比较不同空泡状态时噪声总声级发现泡状空泡的辐射噪声总声级最大,片状空泡次之。     

螺旋桨非定常片空泡CFD数值方法研究

应用雷诺平均的N-S方程结合改进VOF空化模型模拟了螺旋桨非定常片空泡。应用全六面体网格对螺旋桨模型计算域进行了网格划分,数值计算中通过计算螺旋桨敞水性能对计算方法进行了验证。应用SST-SAS湍流模型及修正的VOF空化模型模拟了HG01螺旋桨非定常片空泡,该数值方法对螺旋桨片空泡的发展过程和形状与实验结果吻合良好。     

激光空化产生水下假目标的新方案

提出了一种不同于传统方式的水下对抗新方案，该方案尝试利用激光光源在远处水下产生的空泡及其噪声来模拟潜艇螺旋桨在行进中产生的空泡及其噪声，作为假目标在水下对抗中得到应用。对实现方案的实验研究方法和研究步骤进行了初步探讨和研究。     

自然通气降低导管螺旋桨空泡噪声试验和理论分析

我们已在文献中报导了通过导管24个周向分布径向孔,向螺旋桨叶梢部位人工低压充气(进口压力为2～3个大气压),可降低导管螺旋桨噪声达20分贝左右,当螺旋桨背面出现泡状空泡的强噪声源时,降低空泡噪声效果尤为显著,可高达30分贝左右。 本文继续研究,利用螺旋桨盘面上部的负压,采用自然通气,在导管上开一个孔、四个孔、八个孔向螺旋桨叶梢部位小气量通气降噪的试验和理论分析。试验证实:自然小气量通气在频率2～40千赫范围内可降低螺旋桨空泡噪声约4～12分贝左右。并从理论上分析了自然小气量通气后,可使空泡崩溃延缓;降低崩溃速度;降低辐射声能和声压;延长崩溃时间;结果可降低空泡噪声最高达15分贝左右,这与试验结果相当一致。虽然降噪幅度不及人工低压充气的降噪幅度大,但自然通气的最大优点是无需外加气源,因此更具有实用价值。试验还证实了不论是人工低压充气还是自然通气,不仅是降噪的非常有效的措施,而且也是抗剥蚀、减振的有力措施。     

激光空化在水下假目标中的应用研究

潜艇螺旋桨完全空化后,其对外所辐射的空化噪声是主要噪声源。针对这一特征,考虑利用激光光源在远处水下产生空化噪声作为假目标,用来模拟潜艇螺旋桨产生的空化噪声。对实现该水下对抗方法拟采取的实验研究路线与将建立的伪装系统进行了初步的探讨和研究。     

螺旋桨噪声的无量纲化研究

实船和船模的螺旋桨噪声存在一定的相似性,通过无量纲分析船模螺旋桨噪声可以预报实船的螺旋桨噪声。本文利用无量纲分析方法,得到影响螺旋桨噪声的一些因素,如雷诺数、桨直径、桨转速、频率、空泡数等。在此基础上对这些因素进行分析,并提出修正方法。     

某散货船模型螺旋桨噪声性能试验研究

介绍了在中国船舶科学研究中心大型循环水槽中开展的某散货船模型螺旋桨噪声性能试验,试验结果表明在试验工况下,模型螺旋桨已经产生空化,此时主要为螺旋桨的空化噪声.通过对此散货船螺旋桨空化噪声结果的分析,可以得到:螺旋桨的空化噪声峰值频率在50Hz以下;在空化噪声的峰值频率以上,螺旋桨模型的辐射噪声基本以6dB/Oet下降;在试验工况下,整个频段内螺旋桨的辐射噪声比无空化时高10dB以上.     

两艘多用途船的螺旋桨设计研究

以2艘多用途船螺旋桨设计为例,运用螺旋桨理论设计与模型试验为手段,探索了特定条件下加大桨叶后倾角（增加桨叶梢与船底板间隙）、改变螺旋桨叶面积以及增加桨叶侧斜角对诱导脉动压力和效率的影响。结果表明：采用减小空泡裕度增加盘面比的措施,对降低脉动压力的效果最为显著;增大侧斜角措施的效果居中;通过改变后倾角增大叶梢与船底板间隙的措施,降低脉动压力效果相对要小一些。     

基于Lighthill声类比理论的螺旋桨噪声性能研究

论文基于Lighthill声类比理论和傅立叶变换结合声学软件Actran开展螺旋桨噪声性能的分析研究。以E779A螺旋桨模型为对象,进行了螺旋桨噪声性能的数值模拟,分析了不同位置处声压谱和声功率谱的特性、噪声随距离变化的衰减特性、不同进速系数下的声压级云图等;最后,分析了非均匀进流、螺旋桨空化、进速系数等对螺旋桨噪声的影响。本文主要的研究工作是对螺旋桨噪声性能的预报研究,对今后船舶工程螺旋桨的设计研究有着重要的指导意义。     

Underwater acoustic field and pressure fluctuation on ship hull due to unsteady propeller sheet cavitation

The main objective of this paper is to develop an efficient numerical method which can predict the underwater acoustic field and pressure fluctuation on a ship hull due to unsteady propeller sheet cavitation by linear acoustic theory. In addition, the noise scattered from the ship hull and reflected from the free surface are included. Concerning the computation of the acoustic field induced by unsteady sheet cavitation and forces of a marine propeller, a method is derived without making any approximation about the distance function between the noise source and field point. Thus, this method can be used to predict acoustic pressure at both far and near fields, and this is very important for the scattering problem because the ship hull is located very close to the propeller. For the computation of the scattering problem, a more efficient and robust method is derived in time domain, which can treat multi-frequency waves scattered from underwater obstacles. The acoustic fields of a container ship radiated by the propeller and scattered from the ship hull with free surface is investigated in this paper. The pressure fluctuations of low blade rate on the ship hull induced by the propeller are also computed by the present method and are found to be similar to the results obtained by a panel method satisfying the Laplace equation for the points near the propeller due to the small retarding time. However, for the points on the ship hull away from the propeller, the differences of the results between two methods will increase.