[發明專利]一種測量水洞工作段內模型流激噪聲的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810891133.0
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109141617B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 劉永偉;姜虹旭;曲俊超;劉文博;商德江
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種測量水洞工作段內模型流激噪聲的裝置及方法，屬于聲學測量領域。本發明包括：重力式低噪聲水洞1和測量裝置，其特征在于，所述的重力式低噪聲水洞1是由上水箱10、直立管11、收縮段12、工作段13、擴散段14、泄水管15和混響箱16組成；所述的上水箱10的底部連接直立管11，直立管11的尾端順次連接收縮段12、工作段13、擴散段14和泄水管15，混響箱16附加在工作段13上。所述的測量裝置包括：支架2、減振墊3、圓餅形氣囊4、脈動壓力傳感器5、水聽器6、信號源7、功率放大器8和球形聲源9；所述的信號源7發射單頻正弦信號，經功率放大器8后傳至球形聲源9，由脈動壓力傳感器5和水聽器6接收球形聲源9所發射的聲信號。

技術領域

本發明屬于聲學測量領域，具體涉及一種測量水洞工作段內模型流激噪聲的裝置及方法。

背景技術

目前，在重力式水洞中，常采用潛艇、魚雷等縮比模型研究不同類型航行器的流場和聲場特征。為消除流動沖擊水聽器所帶來的影響，發展了以水下混響法作為典型代表的流激噪聲測量方法，它是通過空間平均的技術測量包裹在水洞工作段外混響箱內的聲壓功率譜，通過標準聲源校正得到混響箱的房間常數，進而得到在水流沖擊下模型在自由場的輻射聲功率，為進一步分析航行器在流場作用下的輻射噪聲產生機理、有針對性地開展減阻和降噪方法研究提供了技術支撐。

眾所周知，在進行縮比模型試驗時，所關注的一個重要指標就是頻率縮比，即模型縮小N倍，相應的測試頻率就要提高N倍，這使得高頻段的流激噪聲特征對于分析航行器的聲學性能是至關重要的。由于水洞的工作段穿過混響箱，兩端連接鋼制管道，造成工作段內模型的輻射噪聲會通過管道進行傳播，使得混響箱內所測量的模型在流激作用下的輻射聲功率，只是大部分的聲功率，并非全部的輻射聲功率，因為混響箱漏掉了管道內傳播的聲功率。若將水洞工作段兩端的管道視作軟邊界波導，由其截止頻率的計算公式可知，管道只是對低頻聲波有截止作用，而不會截止高頻聲波，這也表明混響箱所測量的流激條件下模型的輻射聲功率里面漏掉了管道中傳播的聲功率。

對于管道內流激噪聲的測量，一直無法回避的一個問題就是：“偽聲”。由于水聽器是由壓敏元件構成的，只要觸及壓力就會有電信號輸出，因此，當湍流脈動壓力激勵水聽器時，也會產生電信號輸出，但這是“偽聲”，混雜在模型所輻射的聲信號之中，從而使得所測量的模型的輻射聲功率偏高。從目前能夠檢索到的管道內流激噪聲測量方法可見，這些方法多是在管壁中插入水聽器，以此來考察水聽器接收到的噪聲信號①張浩，離心泵流噪聲實驗研究，噪聲與振動控制，2013；②夏極，管路低噪聲排水裝置設計及試驗研究，艦船科學技術，2017，由于沒有考慮管壁處安裝水聽器所處于的聲學絕對軟管道外面為空氣邊界問題，可能會使得測量結果偏小，而且也尚未涉及如何消除由湍流脈動壓力所造成的“偽聲”干擾。

脈動壓力傳感器是一種可測量壓力脈動的器件，廣泛用于水力發電機、充氣或充水管道的試驗測試中。2015年，在哈爾濱工程大學水聲技術實驗室的混響水池內所開展的評價水力消音器的試驗中，發現：以充水鋼管的軸線為對稱放置的、同一位置的水聽器和脈動壓力傳感器所測量的信號頻譜特征是相同的，只是在量級上有差別，而量級上的差別則是由于水聽器和脈動壓力傳感器的靈敏度不同所造成的。由此帶來啟示：如果利用脈動壓力傳感器的數據修正水聽器所測量的信號，就可以去除水聽器因湍流脈動壓力所帶來的“偽聲”干擾，從而能夠利用管道中放置水聽器來直接測量模型的流激噪聲。

發明內容

本發明的目的是這樣實現的：

一種測量水洞工作段內模型流激噪聲的裝置，包括：重力式低噪聲水洞1和測量裝置，其特征在于，所述的重力式低噪聲水洞1是由上水箱10、直立管11、收縮段12、工作段13、擴散段14、泄水管15和混響箱16組成；所述的上水箱10的底部連接直立管11，直立管11的尾端順次連接收縮段12、工作段13、擴散段14和泄水管15，所述的收縮段12、工作段13、擴散段14呈管狀，混響箱16附加在工作段13上。