[发明专利]一种非均匀入流中螺旋桨低频线谱特征的关联性分析方法

说明书

本发明公开了一种非均匀入流中螺旋桨噪声低频线谱特征的关联性分析方法，包括以下步骤：第一步：采用混合网格和滑动网格技术数值求解非定常维纳‑斯托克斯方程、空泡动力学方程和重整化群k‑ε湍流方程，预报非均匀入流中螺旋桨的空化体积分数、空化面积和剖面速度；第二步：采用球形空泡噪声模型数值模拟预报螺旋桨空化体积脉动辐射噪声；第三步：运用边界元方法在频域内计算了螺旋桨负载噪声，通过将螺旋桨空化体积脉动辐射噪声、负载噪声在频域内综合获得空化条件下的螺旋桨低频辐射噪声近似预报；第四步：对螺旋桨噪声进行低频线谱特性分析，获得叶频谐波幅度与进速系数的关联性。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种非均匀入流螺旋桨低频线谱特征的关联性分析方法。

背景技术

水下目标辐射噪声主要包括机械噪声(推进器和动力装置引起的壳体振动辐射噪声)、螺旋桨噪声(空化噪声和无空化噪声)和水动力噪声。螺旋桨的空化噪声按照频谱划分为线谱噪声和连续谱噪声，高速航行时，由于湍流作用，连续谱噪声占主要地位，低速航行时，螺旋桨周围的湍流强度比较小，桨叶旋转与流体作用辐射线谱噪声占据主要地位。因此，对于空化状态下螺旋桨噪声，尤其是对其线谱分量的预测、识别和控制，对噪声性能的准确评估以及水下目标识别都具有十分重要的意义。

螺旋桨尺寸、鱼雷、尾流场和工况的不同，螺旋桨辐射噪声也不同。针对目标几何结构、螺旋桨物理参数、工况等信息难以直接提取的难题，通过构建目标辐射噪声常规特征参数与物理结构参数、工况之间的关联性，为目标几何与物理参数的获取提供新途径，为水下目标识别提供物理机理基础。

发明内容

发明目的：针对目标几何结构、螺旋桨物理参数、工况等信息难以直接提取的难题，本发明提供了一种非均匀入流中螺旋桨噪声低频线谱特征的关联性分析方法。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种非均匀入流中螺旋桨噪声低频线谱特征的关联性分析方法，包括如下步骤：

步骤1，采用混合网格和滑动网格技术数值求解非定常维纳-斯托克斯方程、空泡动力学方程和重整化群k-ε湍流方程，预报非均匀入流中螺旋桨的空化体积分数、空化面积及剖面速度；

步骤2，采用球形空泡噪声模型数值模拟预报螺旋桨空化体积脉动辐射噪声P(l)；

步骤3，运用边界元方法在频域内计算螺旋桨负载噪声p_loading(l)；

步骤4，空化状态下，螺旋桨噪声包括负载噪声和空化噪声，通过将螺旋桨空化体积脉动辐射噪声和螺旋桨负载噪声在频域内综合相加获得空化条件下的螺旋桨低频辐射噪声的近似预报，按照式(3)计算得到螺旋桨噪声p(l)

p(l)＝P(l)+p_loading(l) (3)

其中l＝0,1,…N/2+1；

步骤5，对螺旋桨噪声p(l)进行低频线谱特性分析，获得叶频谐波幅度与进速系数的关联性。

有益效果：本发明有以下几点有益效果：

(1)本发明的估计方法在软件中求解螺旋桨噪声的低频线谱，快速求解进速系数与叶频谐波幅度的关联关系，工程实用性强；

(2)本发明的估计方法可以解决结构和边界复杂的螺旋桨噪声低频线谱特征分析问题；

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图；

图2为非均匀入流速度分布图；

图3为螺旋桨桨转速15r/s时实验数据和数值计算的声压级曲线(参考声压1upa)(a)实验数据；(b)数值计算；