船用螺旋桨叶片振动辐射噪声数值分析
螺旋桨激振力作用下船体振动及水下辐射噪声研究
螺旋桨激振力作用下船体振动及水下辐射噪声研究付建;王永生;丁科;魏应三【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2015(000)004【摘要】利用有限元法和边界元方法分析比较了螺旋桨激振力三个方向分力（轴向、横向、垂向）分别作用以及同时作用时引起的船体结构振动与水下辐射噪声。
结果表明，船体结构在螺旋桨激振力作用下在轴频、叶频、一倍叶频、二倍叶频以及船体固有频率处振动响应出现线谱；横向螺旋桨激振力引起的船体水下辐射噪声最大，垂向力其次，最小是轴向力；三个方向激振力同时作用时船体最大辐射声功率出现在叶频处，主要由横向力引起，其次是轴频处，主要由轴向力引起。
分析其原因主要是横向激振力在叶频时最大，而且与船体固有频率接近，产生共振，轴向力在轴频处次之。
【总页数】7页(P470-476)【作者】付建;王永生;丁科;魏应三【作者单位】海军工程大学动力工程学院，武汉 430033;海军工程大学动力工程学院，武汉 430033;海军工程大学动力工程学院，武汉 430033;海军工程大学动力工程学院，武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】TB553;U663【相关文献】1.汽轮机非线性间隙气流激振力作用下含裂纹转子的振动特性研究 [J], 瓮雷;杨自春;曹跃云2.主机与螺旋桨激励下某型散货轮船体振动差异特性研究 [J], 刘义军;闫力奇;曹贻鹏3.非线性间隙气流激振力作用下汽轮机转子碰摩故障研究 [J], 瓮雷;杨自春;陈国兵;曹跃云;姜尚4.螺旋桨激振力作用下主机曲轴动力学分析 [J], 苏石川;张未军;孙强;刘景敏;田志全;陈明华5.螺旋桨激励力作用下舰船振动及水下声辐射特性研究 [J], 武多听;陈锋;耿厚才;蔡乾亚;华宏星因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
艇桨一体的螺旋桨激振力和水动力噪声数值预报
艇桨一体的螺旋桨激振力和水动力噪声数值预报王诗洋;汤佳敏;王文全;张祥瑞【摘要】[目的]螺旋桨噪声和水动力噪声是潜艇噪声控制的重点和难点,因此有必要开展艇桨一体的螺旋桨激振力和水动力噪声预报研究.[方法]以SUBOFF潜艇和DTMB 4383桨为计算对象,结合大涡模拟湍流模型和无限元方法,分析潜艇非均匀伴流场中螺旋桨激振力的变化规律,以及螺旋桨对潜艇表面压力场的影响.采用ACTRAN声学计算软件对艇桨一体的水动力噪声性能进行数值预报.[结果]计算结果表明:螺旋桨激振力的各个分量具有相同的脉动频率,脉动峰值以一阶叶频处为主,同时水平力脉动和垂直力脉动大于推力脉动;潜艇艏部、指挥台、艉翼及螺旋桨叶梢部位均存在局部高压区,这是水动力噪声的主要贡献点;艇桨一体的水动力噪声主要集中在低频段,随着频率的增加,其蝶形分布更加明显;与无桨全附体潜艇相比,带桨潜艇特征点的声压值急剧增加,对其辐射声场的影响较大.[结论]研究成果可为艇桨一体的螺旋桨设计提供参考建议.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2019(014)001【总页数】9页(P43-51)【关键词】潜艇;螺旋桨;激振力;无限元方法;水动力噪声【作者】王诗洋;汤佳敏;王文全;张祥瑞【作者单位】中国船舶及海洋工程设计研究院,上海200011;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨 150001;中国船舶及海洋工程设计研究院,上海200011;中国船舶及海洋工程设计研究院,上海200011【正文语种】中文【中图分类】U664.330 引言随着科学技术的发展，潜艇的综合作战性能得到了极大提升，但是反潜探测技术的进步也使得潜艇的水下隐蔽性受到空前的挑战［1］。
按照噪声等级，可以将潜艇划分为高噪声、低噪声和安静型等不同类别［2］，其中“安静型”潜艇备受青睐。
为了提高其生存性和作战能力，噪声控制已成为潜艇总体设计的关键技术。
潜艇噪声分为机械振动噪声、螺旋桨噪声以及流噪声［3］，目前，机械振动噪声已通过基座弹性安装、消声瓦隔音处理等降噪技术得到有效控制［4］，螺旋桨噪声在辐射噪声中的占比较大，水动力噪声则对潜艇的自噪声影响较为明显，因此开展艇桨一体的螺旋桨激振力和水动力噪声预报研究具有重要的工程价值。
船舶螺旋桨噪声预报方法综述
在相关的噪声Leabharlann 类 中，螺旋桨空泡噪声和无空 泡噪声中的高频噪声 的物理特性都 比较复杂 ， 因此 ， 如果仅仅根据理论方法预报 ，最终会发现与实际情 况有 较大 出入 。 为 了提 高预报 的准确性 ， 一 般通 过采
收稿 日期 ： ２ ０ １ ７ — ０ ４ — １ ６
作者简介 ： 黎 南（ １ ９ ６ ９ 一） ， 男， 广 西玉林人 ， 博士 ， 毕 业于大连 理 工大学， 高级工程师 ， 研 究方向： 船舶制造。
不明显 ， 可 行性 较 强 ， 因此 ， 可 以选 择 此理 论 方 法 进
射主要是 由气流运动和螺旋桨的叶片相互作用而产 生的；有空泡时的噪声声辐射则主要是 由空泡溃灭 是在 成 的体 积脉 动过 于剧 烈 引起 的 。 目前 的科 研水 平 和技术手段相对 于过去都有了很大程度 的提高 ， 许多专家都在采用计算机对船舶螺旋桨 的噪声预报
运用也较多。它可以得 到关于水下 的物体和湍流流
现 代 工 业 经 济 和 信 息化
ｘ ｄ ｌ ｇ ｙ ｊ ｊ ｘ ｘ ｈ ｘ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
第 ７卷
动 中产 生 的漩 涡结 构 排列 结果 ，再运 用 声类 比方法
以及 静压 力获 得 的 。最终 得 出梢 涡空 泡 的压 力城 比
引 言
螺旋桨噪声是船舶的重要噪声来源 ，不但在海
军舰 队 中得 到许 多重 视 ，而 且在 民用运 输船 舶 的领 域也 备受 关 注 。无 空 泡 时 的螺旋 桨 宽带 噪 声声 音辐
取实验换算方法进行噪声的预报 。螺旋桨无空泡低 频离散谱噪声 以及低频连续谱噪声 ，因其物理特性
相对 来说 较 为简 单 ，理论 和 实际 预报 之 间 的差 异并
非均匀流场中螺旋桨线谱噪声指向性分析_谢剑波
u（r，θ）dθ 乙
0
2π
（2 ）
軌 （r，θ） 为轴 向 扰 动 速 度 ， 可 通 过 傅 立 叶 式 （1 ） 中 ， u
Si
蓦
蓦 蓦
軌 （r，θ） ＝ ΣAn（r）e －inθ u
n=1
（3 ）
y －x n 軈 蓦 R
1 1 s
1
+ M - nr β2 -
蓦
m J r + isinψ 蓦 蓦R Z J
收稿日期 ： 2010 - 02 - 09 作者简介 ： 谢剑波 （1978 － ） ， 男 ， 博士研究生 。 研究方向 ： 潜艇声学设计 、 螺旋桨噪声预报及控制 。 E-mail ：xie＿jb＠ 126． com 周其斗 （1962 － ） ， 男 ， 教授 ， 博士生导师 。 研究方向 ： 振动与噪声控制 、 水动力学 。 E-mail ：qidou_zhou@ 126. com
nn分别表示叶片表面在轴向径向和周向上的单位向量因单位向量与叶表面压力的乘积为叶片非定常作用力因此当单独考虑nn和时就可以非常方便的分析桨叶上非定常作用力对整体辐射线谱噪声的影响非均匀流场subramanian币muellere在消声风洞中对均匀流场中的螺旋桨线谱噪声进行了测量
第5卷 第6期 2010 年 12 月
其中 ，γ （r0） 表示半径 r0 处的几何螺距角 ；U0 （r0） 表 示 半 径 r0 处 的 平 均 来 流 合 速 度 ；k n ，r0 表 示 第 n 阶 来 流 谐 波 在 半 径 r0 处 对 应 的 无 量 纲 波 数 ；Sears （kn ，r0 ） 为 Sears 传递函数和弦向分布之积 ，定义为 ：
Sears（kx） ＝ Se（kx）
潜艇遥控自航模螺旋桨噪声测量分析方法
(4) 空泡筒中测得的噪声信号存在很强的回声混响影响 。 为了减小或摆脱上述在空泡水筒中进行螺旋桨噪声测量及评估的局限性 , 王锡良[1 ] 等人提出并试 探了以潜艇遥控自航模进行螺旋桨噪声测量新方法 。从其初步的工作进展和结果来看 ,有无运行螺旋 桨时的噪声级差有一定的量级 , 可见利用潜艇遥控自航模进行潜艇螺旋桨辐射噪声测量和分析 , 这种 方法是可行的 ,虽然有许多深入的工作要完善 。 本文作为工作 [1 ] 的继续意在较为详细地讨论基于遥控自航模辐射噪声测量建立螺旋桨辐射噪声 分离的分析处理方法 。
矩型窗函数取为无穷长γ( t) = 1 ,则短时傅立叶变换退化为传统的傅立叶变换 。
第1期
何谟钦等 : 潜艇遥控自航模螺旋桨噪声 …
57
短时傅立叶变换结果中的时间与“局部频谱”所取得的方向和距离一一对应 。为了满足噪声源评估
必须在同一参考距离上进行 , 所以在短时傅立叶变换完成之后 , 在目前尚无其它有效方法之前假设噪
得的信号进行数据处理 ,从而达到分离螺旋桨噪声的目的 。 假设潜艇遥控自航模作定深 、定向 、定速直线航行时的辐射噪声信号是平稳信号 ,则在自航模的航
道两边预先布置的水听器所测信号是非平稳信号 ,但它是有序二次型平稳信号 。 自航模安装有蓄电池 、调速电机 、无线遥控信号接受机 、舵机 、潜艇姿态测量系统和测量信号发射
本文只以自航模一次航行中由两个水听器记录的 36s 信号以本文所述方法进行处理为例说明本 方法的可行性 。短时傅立叶变换的时域取为 1s ,由 (12) 和 (13) 式处理结果分别见示图 3～6 。
第二章船舶辐射噪声及计算方法
第二章船舶辐射噪声及计算方法船舶辐射噪声是指船舶在运行过程中产生的噪声，主要由发动机、机器设备、涡轮机、推进器以及水动力与气动力的相互作用引起。
船舶辐射噪声对海洋生物生存和水下声纳系统的正常工作都会造成一定的影响，因此对船舶辐射噪声的研究与控制具有重要意义。
船舶辐射噪声的计算方法包括理论计算、试验测量和数值模拟等。
其中，理论计算是通过建立船舶辐射噪声的数学模型，计算船壳振动、流体动力与辐射噪声的关系，从而得到辐射噪声的预测值。
试验测量是利用实际船舶进行噪声测量，通过分析测得的噪声数据，获得船舶辐射噪声的特性参数。
数值模拟则是利用计算机对船舶辐射噪声的产生过程进行模拟，通过对流体动力与结构振动的相互作用进行计算分析，得到辐射噪声的预测结果。
船舶辐射噪声的计算方法需要考虑以下几个方面：2.流体动力：船舶在航行中会产生流体动力，包括湍流、压力波动等，这些流体动力会对船壳产生激励，引起振动。
因此需要对流体动力进行分析，可以利用计算流体力学方法模拟船舶流体动力，计算出激励力。
3.节流噪声：船舶的推进器在工作时会产生节流噪声，即推进器排放水体中的废水形成的压力波。
节流噪声的计算需要考虑推进器的结构和工作参数，可以利用试验测量和数值模拟方法进行计算。
4.水动力与气动力的相互作用：船舶在航行中会受到水流和风力的作用，这些力的作用会对船壳产生激励，引起振动和辐射噪声。
因此需要考虑水动力与气动力的相互作用，并进行相应的计算分析。
总之，船舶辐射噪声的计算方法是通过分析船壳振动、流体动力与辐射噪声的相互作用关系，进行理论计算、试验测量和数值模拟，得到辐射噪声的预测和分析结果。
这些方法可以用于船舶噪声控制的设计和优化，从而减少船舶对海洋生物和水下声纳系统的影响。
船舶的噪声与振动控制
构破坏问题，而且船员在此种工作环境下工作容易出现身体健康问题，所以船舶噪声和振动控制处理非常重要，要求研究人员可以对船舶发出的噪声与振动进行研究，找出有效控制的办法，指导船舶设计人员可以在后续的设计工作中利用控制噪声与振动元件，合理设计船舶结构，从而确保设计出的船舶有着较长的使用寿命，船员可安全的在船舶上开展各项海上生产及作业工作。
1 振动源与噪声源分析船舶结构中的主机、柴油机、主推进及主螺旋桨等装置是造成船舶振动源（噪声源）的主要因素，分析多因素与振动源（噪声源）之间的相关性，发现柴油机、螺旋桨装置为重要的影响因素，其中柴油机运转期间可以为船舶提供运行动力，会产生修复力矩、惯性力等振动（噪声）干扰力，而螺旋桨则可以在工作中产生轴承力、叶频干扰力等影响振动振幅大小的激振力。
分析船舶发出的噪声可知主要包括三类：空气动力、电磁、机械噪声，划分依据为发出噪声的声源，还可以依照船舶上噪声发出的具体位置，将噪声划分为船体振动、结构激振、螺旋桨噪声等多类。
研究船舶振动源、噪声源期间，需要对船舶作以局部结构模态分析，从而可让研究人员充分掌握船舶结构阻尼、振型及频率等参数，进而依据参数明确船舶出现振动及噪声期间，是否同时出现谐振现象，并且通过参数还可以对船舶频率、振型的正确性进行测试，从而可结合多项分析结果来预测船舶振动源位置[1]。
2 常用船舶振动与噪声模拟以往开展船舶噪声与振动问题模拟的方式包括数学公式、模型计算、海上船舶试验等，研究人员依次利用上述方式进行问题模拟工作，能够在掌握噪声、振动发出位置的情况下良好的模拟噪声振动控制情况，但是分析常规方式的应模拟，该种模拟方式具体操作时可以依照下面方法完成模拟工作：首先为有限元方法，该法属于求解方法，实际模拟应用中具有确定性特点，应用后能够准确预测低频振动环境，分析出的结构模态参数也非常精确。
使用有限元法时，同时需要联合边界元法共同来模拟应用，从而可以联合模拟出结构振动情况、噪声强度。
船舶机械设备的噪声分析与有效控制方案研究
船舶机械设备的噪声分析与有效控制方案研究船舶作为海上运输的重要工具，其机械设备的运转噪声对船员和环境都会造成影响。
对船舶机械设备的噪声进行分析和有效控制是十分必要的。
本文将对船舶机械设备的噪声进行分析，并提出一些有效的控制方案来减少噪声对船员和环境的影响。
一、船舶机械设备噪声分析船舶机械设备在运转过程中会产生不同程度的噪声。
主要来源包括发动机、液压系统、风扇、齿轮传动、泵等。
这些设备在运转过程中会产生振动和空气动力噪声，导致船舶内部和周围环境的噪声水平升高。
船舶机械设备噪声的特点主要包括以下几点：1. 低频噪声较为突出：船舶机械设备的噪声以低频噪声为主，这种类型的噪声会更容易传播到远处，对周围环境会造成更大的影响。
2. 复杂环境下的传播特性：船舶在海上运行，噪声会受到水面、气候等因素的影响，传播特性复杂。
3. 对船员健康和工作效率的影响：船员长时间处于高噪声环境下工作，会对其健康和工作效率产生不利影响。
为了减少船舶机械设备的噪声对船员和环境的影响，可以采取以下控制方案：1. 优化设备结构和布局：通过优化设备的结构和布局，减少振动和噪声的产生，降低噪声水平。
2. 使用隔振材料和隔音材料：在设备的固定座和周围墙壁等处使用隔振和隔音材料，有效地减少振动和噪声的传播。
3. 控制噪声源：对噪声源采取一定的控制措施，如提高设备的精度和平衡性，减少齿轮传动的噪声等。
4. 声学设计：对船舶机舱和船体的声学设计进行优化，改善声学环境，降低噪声传播。
在船舶机械设备噪声的有效控制方案中，关键是要综合考虑船舶的运营环境和工作特点，选择最合适的控制措施，减少噪声对船员和环境的影响。