本發明涉及船舶推進器聲隱身領域,尤其是一種推進器寬帶激勵力及誘導噪聲從模型尺度到實尺度的換算方法。
背景技術:
1、推進器噪聲是船舶三大噪聲源之一,其低頻噪聲是影響船舶隱身性能的重要因素。低頻激勵力的一個重要成分就是寬帶激勵力,其輻射的噪聲為寬帶成分,在低頻處會產生較大的峰值,是推進器低頻段的主要噪聲源之一,因此,推進器低頻寬帶激勵力的定量獲取和評估對船舶聲隱身性能有重要影響。
2、為了給理論預報方法提供試驗驗證手段,通過幾個五年計劃的研究,國內已經建立了推進器縮比模型的激勵力試驗技術,形成了循環水槽中推進器模型寬帶激勵力測試規程,攻克了微弱脈動力提取與分析、振動干擾抑制等相關的技術難點,推進器模型寬帶激勵力試驗技術的可靠性也得到了大量型號和預研項目的驗證。但是,受限于非定常力動力儀測量裝置的量程、尺寸等參數,目前,采用非定常力動力儀僅能測試得到試驗室模型尺度(推進器模型直徑在200mm左右)下推進器的寬帶激勵力,對于更大尺度或實尺度推進器的寬帶激勵力,受限于其尾部結構和測量裝置布置,難以在湖試或海試中直接測量得到,直接影響潛艇尾部耦合噪聲的預報和控制。
技術實現思路
1、本發明人針對大尺度/實尺度推進器寬帶激勵力難以直接測量獲取的問題,提出了一種推進器寬帶激勵力及誘導噪聲從模型尺度到實尺度的換算方法,從而實現大尺度或實尺度推進器寬帶激勵力及其噪聲性能的有效評估。本發明的技術方案如下:
2、一種推進器寬帶激勵力及誘導噪聲從模型尺度到實尺度的換算方法,包括如下步驟:
3、采用非定常力動力儀采集試驗室推進器模型的寬帶激勵力,并進行頻域下的修正;
4、在試驗室推進器模型與實尺度推進器滿足相似準則的前提下,根據兩種尺度間的寬帶激勵力頻率及幅值換算關系,以修正后的試驗室推進器模型的寬帶激勵力為輸入,得到實尺度推進器在不同頻率下的寬帶激勵力;
5、根據兩種尺度間的寬帶激勵力誘導噪聲頻率及幅值換算關系,以修正后的試驗室推進器模型的寬帶激勵力誘導噪聲為輸入,得到實尺度推進器在不同頻率下的寬帶激勵力誘導噪聲。
6、其進一步的技術方案為,對寬帶激勵力進行頻域下的修正,包括:
7、對非定常力動力儀的測量值進行標定系數修正,得到采集頻率范圍內試驗室推進器模型的寬帶激勵力;
8、對采集頻率范圍內試驗室推進器模型的寬帶激勵力進行線譜修正,得到試驗室推進器模型的寬帶激勵力的幅頻特性曲線。
9、其進一步的技術方案為,標定系數修正公式為:
10、;
11、式中,為非定常力動力儀采集試驗室推進器模型的電壓測量值,為采集頻率范圍內試驗室推進器模型的寬帶激勵力, ξ為非定常力動力儀的標定系數。
12、其進一步的技術方案為,獲取非定常力動力儀的標定系數的方法包括:
13、在校驗臺架上安裝非定常力動力儀,在非定常力動力儀的槳軸末端安裝標準動態力傳感器,激振機作為激勵源對非定常力動力儀的槳軸末端加載單頻動態力信號;
14、已知標準動態力傳感器的測量值對應的力值,根據采集的非定常力動力儀的測量值和標準動態力傳感器的測量值,得到非定常力動力儀在不同頻率點的標定系數,并繪制成標定系數的幅頻特性曲線;
15、從標定系數的幅頻特性曲線中選取標定系數趨于穩定的階段,所對應的頻率范圍作為采集頻率范圍,取幅值平均值作為非定常力動力儀的標定系數。
16、其進一步的技術方案為,線譜修正方法包括:
17、確定采集頻率范圍內試驗室推進器模型的寬帶激勵力中的線譜激勵力,記為;
18、對每個線譜激勵力進行過濾得到修正后的寬帶激勵力,其幅值取值為:從以線譜激勵力的頻率為中心的鄰域范圍內的寬帶激勵力中扣除該線譜激勵力,再對剩余激勵力取平均值,表示為:
19、。
20、其進一步的技術方案為,確定采集頻率范圍內試驗室推進器模型的寬帶激勵力中的線譜激勵力,包括:
21、對于采集頻率范圍內各個頻率對應的試驗室推進器模型的寬帶激勵力,當存在頻率對應的寬帶激勵力幅值大于以頻率為中心的鄰域范圍內寬帶激勵力的平均值與閾值 tt之和時,認為頻率對應的寬帶激勵力為線譜激勵力,即:
22、。
23、其進一步的技術方案為,建立兩種尺度間的寬帶激勵力幅值換算關系的方法包括:
24、依據試驗室推進器模型與實尺度推進器的非定常推力系數相等原則,得到兩種尺度間的寬帶激勵力幅值換算關系為:
25、;
26、式中,下標 s表示實尺度推進器對應的數據,下標 m表示試驗室推進器模型對應的數據;為推進器寬帶激勵力; ρ為推進器所處介質水密度; n為推進器轉速; d為推進器直徑。
27、其進一步的技術方案為,建立兩種尺度間的寬帶激勵力誘導噪聲幅值換算關系的方法包括:
28、依據偶極子緊致聲源輻射理論和兩種尺度間的寬帶激勵力頻率及幅值換算關系,得到兩種尺度間的寬帶激勵力誘導噪聲幅值換算關系為:
29、;
30、式中,下標 s表示實尺度推進器對應的數據,下標 m表示試驗室推進器模型對應的數據;為推進器寬帶激勵力引起的誘導噪聲; ρ為推進器所處介質水密度; n為推進器轉速; d為推進器直徑。
31、其進一步的技術方案為,兩種尺度間的寬帶激勵力頻率與兩種尺度間的寬帶激勵力誘導噪聲頻率的關系式相同,表示為:
32、;
33、式中,下標 s表示實尺度推進器對應的數據,下標 m表示試驗室推進器模型對應的數據;為寬帶激勵力頻率或寬帶激勵力誘導噪聲頻率; n為推進器轉速。
34、其進一步的技術方案為,相似準則包括兩種尺度推進器幾何相似、超過臨界雷諾數、進速系數相同。
35、本發明的有益技術效果是:
36、本技術提出了一種推進器寬帶激勵力及誘導噪聲從模型尺度到實尺度的換算方法,該方法以能夠測量得到的試驗室推進器模型的寬帶激勵力及其誘導噪聲作為輸入,代入基于理論研究得出的尺度換算關系,從而得到實尺度推進器的寬帶激勵力及其誘導噪聲。而且還對測量得到的試驗室推進器模型的寬帶激勵力進行自適應線譜濾波處理,提高了換算的可靠性和準確性。該方法流程清晰、操作明確,工程實用價值大,可以定量高效地評估大尺度乃至實尺度推進器寬帶激勵力及其聲學性能,從而為全尺度推進器寬帶激勵力及其誘導噪聲的評估與驗證提供手段,指導低激振力的推進器方案設計。