隨著噴水推進(jìn)器在高性能艦船上的廣泛應(yīng)用，噴水推進(jìn)器的水下輻射噪聲也受到了越來越廣泛的重視。噴水推進(jìn)水器下輻射噪聲數(shù)值預(yù)報可為噴水推進(jìn)艦船在方案設(shè)計階段的科學(xué)論證提供定量參考數(shù)據(jù)。

1 噴水推進(jìn)器噪聲機(jī)理及傳播路徑

    噴水推進(jìn)水下輻射噪聲劃分為兩類：寬帶噪聲和窄帶噪聲。前者是由隨機(jī)壓力脈動所引起，后者是由周期性壓力脈動所引起。

    根據(jù)瑞典皇家哥德堡船模實驗池（SSPA）研究報告和對噴水推進(jìn)器輻射噪聲的機(jī)理、傳播路徑進(jìn)行分析可知，噴水推進(jìn)器水下輻射噪聲有三個傳播路徑（見圖1）：路徑1為噴泵內(nèi)流場脈動壓力所引起葉輪、軸系的振動通過軸系支撐傳遞至船體尾部，從而激起水下輻射噪聲（圖1中Bearing forces曲線所示）；路徑2為噴泵內(nèi)流場脈動壓力激起的流道和導(dǎo)葉的振動傳遞到船體，再激起水下輻射噪聲（圖1中Pressure pulses曲線所示）；途徑3為噴泵流體聲源經(jīng)流道直接輻射到水中（圖1中Directly  radiated曲線所示）的直接輻射噪聲。圖1（出自于文獻(xiàn)1）表述了上述三個途徑傳遞的噪聲分量對水下輻射噪聲的貢獻(xiàn)�？梢钥闯�，直接輻射噪聲決定了全頻段的總噪聲級水平，它是主要噪聲源。

圖1 噴水推進(jìn)器三個不同的傳播途徑對總噪聲的貢獻(xiàn)

    噴水推進(jìn)器水下輻射噪聲的產(chǎn)生機(jī)理主要是因為葉輪的葉背和葉面之間存在壓差（通常稱為負(fù)載噪聲），負(fù)載噪聲可等價于偶極子聲源。在用聲學(xué)邊界元計算噴水推進(jìn)器的水下輻射噪聲時首先要計算噴水推進(jìn)器固體壁面的噪聲源強(qiáng)分布。流道作為靜止壁面，其表面的脈動量和旋轉(zhuǎn)葉輪表面的脈動量相比是一小量可忽略不計，因此本研究僅計算噴泵泵本體過流壁面脈動聲源對輻射聲場的貢獻(xiàn)。

2 噴水推進(jìn)器數(shù)水下輻射噪聲計算思路及方法

    本研究采用了與瑞典皇家哥德堡船模實驗池相同的思路和數(shù)值計算方法來預(yù)報實尺度噴水推進(jìn)器水下輻射噪聲的主要噪聲源—直接輻射噪聲。首先計算得到噴泵本體的噪聲源分布（主要是葉輪、導(dǎo)葉、輪轂及泵殼內(nèi)壁面的表面偶極子），然后計算該噪聲源經(jīng)進(jìn)水流道、流道進(jìn)水口向水中遠(yuǎn)場的傳播。本研究采用聲學(xué)邊界元方法計算聲場在流道內(nèi)的逆流傳播以及經(jīng)流道進(jìn)口向遠(yuǎn)場水域的輻射噪聲。

    聲學(xué)邊界元法計算噴水推進(jìn)器的水下輻射噪聲具體步驟是：

    （1）船舶及其噴水推進(jìn)器的水動力性能的非定常流場計算，即“船體+噴水推進(jìn)泵+進(jìn)水流道”帶自由液面的數(shù)值自航；

    （2）“進(jìn)水流道+噴水推進(jìn)泵”非定常流場計算；

    （3）計算并獲取噴泵過流壁面的噪聲源分布；

    （4）計算噪聲源傳遞至葉輪進(jìn)口（也就是流道出口）的聲壓值；

    （5）以葉輪進(jìn)口聲壓分布為聲源，計算該聲源傳遞至流道進(jìn)水口的聲壓值；

    （6）以流道進(jìn)水口作為聲源，計算流道進(jìn)水口向船底水域的輻射聲場。

    “進(jìn)水流道+噴水推進(jìn)泵”非定常流場計算完成后利用聲學(xué)邊界元方法計算噴水推進(jìn)器水下輻射噪聲的過程示意圖見圖2。

圖2 噴水推進(jìn)水下輻射噪聲邊界元計算示意圖

3 某型噴水推進(jìn)器噪聲的數(shù)值計算

    本文以某噴水推進(jìn)器為分析對象，計算了噴泵泵本體的噪聲源強(qiáng)分布以及遠(yuǎn)場噪聲輻射特性，為客觀評價噴水推進(jìn)器水下輻射噪聲水平提供判據(jù)。

    3.1 噴水推進(jìn)器噪聲的聲源強(qiáng)分布計算

    在得到噴泵過流壁面脈動壓力對應(yīng)的的CGNS文件后（“進(jìn)水流道+噴水推進(jìn)泵”非定常流場計算在此不做介紹），將其導(dǎo)入Virtual Lab的Acoustic模塊，經(jīng)fft變換即可得到噴泵壁面的噪聲源強(qiáng)分布，見圖3。

    由圖中可知葉輪與導(dǎo)葉的相互作用區(qū)域?qū)β晥龅呢暙I(xiàn)量是最大的。

圖3 噴水推進(jìn)泵聲源強(qiáng)分布示意圖

    3.2 噴水推進(jìn)器遠(yuǎn)場輻射噪聲計算

    計算得到噴泵泵本體表面的聲源強(qiáng)分布后，利用聲學(xué)邊界元法可依次計算得到葉輪進(jìn)口截面、流道進(jìn)口截面的聲壓分布，最后以流道進(jìn)口為聲源計算船底遠(yuǎn)場水域的聲輻射特性。遠(yuǎn)場聲壓分布云圖見圖4。

圖4 噴水推進(jìn)器遠(yuǎn)場水下輻射噪聲云圖

    由圖4及計算結(jié)果可知在低頻段噴水推進(jìn)器水下直接輻射噪聲指向性基本表現(xiàn)為各項同性，在高頻段聲場的指向性較為明顯；  2BPF處對應(yīng)聲壓的最大值，高頻段聲壓值逐漸降低，這同瑞典皇家哥德堡船模實驗池的計算結(jié)果是一致的。

4 小結(jié)

    分析了噴水推進(jìn)器水下輻射噪聲的主要傳播路徑，然后以聲學(xué)邊界元為理論基礎(chǔ)，以Virtual Lab為工具計算分析了某型噴水推進(jìn)器的直接水下輻射噪聲，計算結(jié)果同瑞典皇家哥德堡船模實驗池結(jié)果規(guī)律相同，為噴水推進(jìn)器的水下輻射噪聲計算做了初步探索。

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