[发明专利]一种螺旋桨空化尾流精细特征多元统计建模方法

说明书

本发明公开了一种螺旋桨空化尾流精细特征多元统计建模方法，涉及水声目标识别技术领域。本发明的步骤为：一、设定螺旋桨空化尾流全流域非定常数值计算参数，并获取压力脉动数值计算信号x(i)；二、获取压力脉动信号处理的图谱信息；三、提取压力脉动信号特征，并进行相关性分析；四、根据相关性分析结果，进行螺旋桨空化尾流目标特征参数到空化流场特征参数的特征关系建模。五、利用获取的螺旋桨空化尾流压力脉动信号特征，进行螺旋桨侧斜角特征判断。本发明明确空化流场特征参数空间与螺旋桨和流场参数空间的映射关系，建立二者的精细特征模型，与传统相比是一种新思路，对水下目标分类识别技术有重要的指向性价值。

技术领域

本发明涉及一种螺旋桨空化尾流精细特征多元统计建模方法，在水声目标识别技术领域有着重要的应用前景。

背景技术

旋转的船舶螺旋桨，其桨叶叶梢处速度常达每秒数十米。这种高速转动在桨叶周围的海水中造成了明显的局部压力下降，从而使得桨叶叶梢，甚至是靠近桨毂处叶面往往发生强烈的空化。此外，螺旋桨是在船的尾流场中工作的，而船体线型及附体并非中心对称，因此船的尾流场具有明显的周向不均匀性。这样，周期旋转的桨叶和与其相接触的非均匀尾流的相对速度和压力就有周期性的变化，从而使得空化的激烈程度也发生相应的周期性脉动变化。最后，桨叶的转动在螺旋桨附近区域的海水也造成了叶频的流体力学压力脉动场。在这种脉动压力的作用下，存在于该区域的大量气泡随着流场环境压力的周期性变化而作受迫的体积脉动。

因此，螺旋桨叶面区域的大量瞬态空化的溃灭和反弹造成了强烈的辐射噪声，这种噪声具有高频连续谱特征。而随着螺旋桨的转动，大量空泡的周期性受迫振动同样引起辐射噪声，并具有低频线谱的特征。尾流场压力脉动特征与空泡噪声同样受到螺旋桨转动节拍的调制，二者由此而产生的低频线谱特征具有一定相似性。

螺旋桨空化噪声谱可分为离散谱和连续谱。空化噪声离散谱主要是由空化体积变化(如片空化)所引起的。当螺旋桨工作在航行体尾部的非均匀流场中，叶片掠过尾流的速度亏缺区时，空化就在桨叶表面上产生了，所以这种空化的体积变化是周期性的。由于每个叶片形状基本上是一致的，空化的体积变化就会产生声脉冲，脉冲序列在频域上表现为轴频和叶频，因此总是离散的。连续谱空化噪声(如涡空化噪声、泡空化噪声)是由在桨叶表面周围移动气泡所产生的，这种空化在空间和时间上有一定的随机性，所以其谱是连续的。

近几十年来，空化产生的辐射噪声得到了大量研究，但对于水声学领域中引人关注的船舶螺旋桨空化噪声问题，相关机理研究报道还不多。另一方面，螺旋桨空化在流体力学领域成为研究热点，相关著作已有很多，但对于空化引起的辐射噪声却涉及不多。有些学者虽然利用统计学理论研究了螺旋桨空化噪声，但没有结合螺旋桨的具体特点。且由于目前空化形成机理尚未被完全揭示，基于球形空泡理论的螺旋桨空化噪声计算对其特征进行分析的难度很大，挑战性很高。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

基于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种螺旋桨空化尾流精细特征多元统计建模方法，本发明利用信号处理相关技术对螺旋桨尾流压力脉动数值计算结果进行信号分析后，进行特征估计与提取，得到具体特征参数的特征值。这些特征值即反映流场特征又反映螺旋桨几何参数和工况特征。利用这些特征值进行多元统计学中的回归分析，得到反映螺旋桨空化尾流特征的统计模型，对水下目标分类识别技术有重要的指向性价值。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种螺旋桨空化尾流精细特征多元统计建模方法，其步骤为：

步骤一、设定螺旋桨空化尾流全流域非定常数值计算参数，并获取螺旋桨空化尾流压力脉动数值计算信号x(i)；

步骤二、获取螺旋桨空化尾流压力脉动信号处理的图谱信息；