[發(fā)明專利]一種槳前射流引入降低螺旋槳水動力噪聲的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910589516.7
• 申請日: 2019-07-02
• 公開（公告）號: CN110304226B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊瓊方;王永生;鄒義;張志宏;吳杰長;曾凡明;王悅民
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號: B63H1/28
• 分類號: B63H1/28;G06F30/23;G06F30/28;G06F30/15;G06F119/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍;胡藝

本發(fā)明公開了一種槳前射流引入降低螺旋槳水動力噪聲的方法。獲取艇尾槳盤面標(biāo)稱伴流分布后，提取不同半徑處軸向速度分量沿周向分布曲線，讀取軸向速度分量脈動波谷的周向角度位置和0.4R處各脈動波谷的速度值，計算設(shè)定范圍內(nèi)不同半徑處軸向速度分量的周向平均值，確定艇體尾翼隨邊基準(zhǔn)噴孔的周向角度位置和直徑，最后確定系列直徑噴孔的徑向位置和直徑，明確槳前射流引入技術(shù)方案。射流引入后，消除給定半徑的軸向速度分量脈動波谷、抑制徑向范圍內(nèi)速度梯度，減小伴流不均勻度。本發(fā)明能實現(xiàn)在艇體尾翼構(gòu)型?7葉槳配置以及槳葉葉型不變的情況下，提升7葉槳抗空化性能且降低水動力噪聲目標(biāo)，無額外定轉(zhuǎn)子葉片相互作用線譜噪聲源引入，易于改裝實施。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于船舶推進器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及在螺旋槳上游處主動或者被動引入射流進入槳盤面以降低螺旋槳水動力噪聲的方法，可以用于潛艇螺旋槳和泵噴推進器以及水面艦船螺旋槳。

背景技術(shù)

船尾伴流場中螺旋槳噪聲的空泡筒試驗測量結(jié)果表明([1]Seol H,CheolsooP.Numerical and Experimental Study on the Marine Propeller Noise(船舶螺旋槳噪聲的數(shù)值計算與實驗測量研究),19^thInternational Congress on Acoustics,Madrid,2007)：螺旋槳無空化噪聲以及空化噪聲，均以其葉頻及其諧頻處的離散線譜噪聲為主。抑制線譜噪聲是控制螺旋槳水動力噪聲的關(guān)鍵。

經(jīng)典聲學(xué)理論專著中闡述([2]Ross.Mechanics of Underwater Noise(水下噪聲原理).NewYork:Pergamon Press,1976)：螺旋槳線譜噪聲聲強與轉(zhuǎn)速的6次方成正比、與直徑的8次方成正比、與脈動推力系數(shù)的平方成正比，且伴流一定時，影響槳葉脈動推力系數(shù)的主要因素為葉片數(shù)和葉片導(dǎo)邊形狀。由此可知：在螺旋槳幾何形狀及其運行狀態(tài)參數(shù)不變的情況下，伴流分布是影響螺旋槳線譜噪聲聲強的關(guān)鍵要素，決定了螺旋槳線譜噪聲的量值大小。換句話說，控制了船尾伴流場在周向和徑向上的空間分布，即等同于控制了螺旋槳水動力噪聲大小。極限情況下，伴流完全均勻，螺旋槳位于敞水環(huán)境，其水動力效率及噪聲性能達到最佳，軸向非定常力幾乎減小為零。相當(dāng)于說：減小船尾伴流場的伴流不均勻度，不僅有利于驅(qū)動螺旋槳軸向非定常力減小，降低其直接輻射噪聲，而且改善效果顯著，值得探索應(yīng)用。

在船/艇尾線型及其附體幾何形狀一定的情況下，伴流場分布受航速變化的影響較小，較為固定，伴流不均勻度通常為一常數(shù)，其值主要受制于全附體船/艇尾的線型布局-螺旋槳的匹配構(gòu)型，如5葉槳通常對應(yīng)的水面船尾周向和徑向均顯著不均勻分布的伴流場，7葉槳通常對應(yīng)的以徑向不均勻為主的水下艇尾伴流場分布。特別是對于艇體尾翼構(gòu)型-7葉槳配置而言，期望通過直接改變尾翼空間布局來降低艇尾伴流不均勻度的空間非常小，例如，將SUBOFF標(biāo)模潛艇配置典型的十字翼、X形翼、木字翼和星形翼后，計算得出槳盤面標(biāo)稱伴流不均勻度僅從十字翼時最小0.1058改變?yōu)槟咀忠頃r最大0.113，變化幅度僅6.8％。若期望直接參照節(jié)能型民船中已經(jīng)采用的增加前置周向非對稱定子葉片的技術(shù)方案，如左半圓部位存在3片定子葉片、右半圓部位僅有1片定子葉片，理論上不僅難以起到如典型U型船尾雙5葉槳周向顯著非均勻伴流所能起到的改善效果，而且還會引入定子葉片與7葉槳之間的相互作用線譜噪聲，甚至該噪聲分量有可能成為新的最主要線譜噪聲，給螺旋槳水動力噪聲控制帶來新的難題，也不是理想方案。

基于上述分析，大膽推論：若能直接以引入速度射流的方式，改變伴流場分布，減小伴流不均勻度，則能以無“副作用”的形式直接改善艇尾7葉槳的水動力性能、降低其水動力噪聲。并且，通過控制射流速度、角度和位置，理論上可以控制艇尾伴流場分布趨近于向極限均勻進流改變，從而使得軸向與橫向非定常力以及輻射噪聲的控制效果最大化。