[發明專利]基于自由上浮方式的大尺度模型水動力噪聲測量方法

在審

• 申請號: 202110391468.8
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113063562A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 杜特專;王永九;王一偉;黃仁芳;王靜竹;支玉昌;岳杰順
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01H3/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明屬于水下噪聲測量技術領域，針對現有技術中存在的受限于水洞的尺度，難以實現大尺度模型水動力噪聲的測量技術問題，本發明公開了基于自由上浮方式的大尺度模型水動力噪聲測量方法，具體包括如下步驟：(1)針對設計外型開展水動力分析，為模型的配重設計提供參考；(2)計算上浮加速時間和最小深度需求；(3)布置水聽器和釋放裝置，并開展試驗。將模型的平臺設計成正浮力，重心后移實現靜穩定，保證穩定上浮，采集上浮過程平臺近場流噪聲強度，獲取平臺上浮過程的遠場輻射噪聲強度，能夠實現大尺度模型的水動力噪聲測量。

技術領域

本發明屬于水下噪聲測量技術領域，具體涉及基于自由上浮方式的大尺度模型水動力噪聲測量方法。

背景技術

航行器水下噪聲主要由結構振動噪聲、螺旋槳噪聲和水動力噪聲三部分組成。其中水動力噪聲主要是由航行器周圍湍流流動及其激勵殼體振動引起，低速航行時其往往被結構振動噪聲和螺旋槳噪聲所掩蓋。但水動力噪聲的強度與航速的5～6次方成正比，航速增加一倍水動力噪聲級增加15～18dB，航速較高時(10節以上)，水動力噪聲將成為重要噪聲源。并且隨著結構振動噪聲和螺旋槳噪聲的有效控制，航行器水動力噪聲的作用會明顯增加，因此對于水動力噪聲的分析、評估和優化是降低大尺度潛航器噪聲的關鍵問題，也越來越受到業界的關注。

對于水動力噪聲的研究，模型試驗是一有效的研究手段?，F在常用的方式是在拖曳水池、循環水洞和重力式水洞進行水動力噪聲測量。拖曳水池測試方法是在傳統的水槽測試基礎上發展起來的，該方法建立一套低噪聲的模型拖帶裝置，形成模型運動，流體不動，配合有效的信號處理方法，可得到具有時間通過特性的水動力噪聲信號，從而將流噪聲特別是其低頻信號識別出來加以分析，補充了傳統水動力噪聲模型試驗方法在低頻信號獲取方面的不足。而重力式水洞是利用高處水箱的重力作為驅動，與傳統的循環水洞相比，此類水洞不需要驅動水流的動力設備，減少了振動和噪聲，干擾較小。但是受限于水洞的尺度，難以實現大尺度模型水動力噪聲的測量。因此，如何研發一種基于自由上浮(或下潛)方式的水動力噪聲測量方法，能夠實現大尺度模型的水動力噪聲測量，具有重要的現實意義。

發明內容

針對現有技術中存在的受限于水洞的尺度，難以實現大尺度模型水動力噪聲的測量技術問題，本發明的目的在于提供基于自由上浮方式的大尺度模型水動力噪聲測量方法，能夠實現大尺度模型的水動力噪聲測量。

本發明采取的技術方案為：

基于自由上浮方式的大尺度模型水動力噪聲測量方法，具體包括如下步驟：

(1)針對設計外型開展水動力分析，為模型的配重設計提供參考；

(2)計算上浮加速時間和最小深度需求；

(3)布置水聽器和釋放裝置，并開展試驗。

進一步的，所述步驟(1)中模型的配重設計步驟如下：通過數值模擬得到試驗平臺在上浮過程中的阻力，

其中：B代表上浮過程中所受浮力；G代表模型所受的重力；ρ代表上浮液體的密度；v代表上浮速度；S代表模型的等效面積；C_x代表阻力系數。

為獲得模型總重量，需保證模型在水中勻速上浮。在勻速上浮過程中所受重力和浮力、阻力保持平衡，即阻力＝重力-浮力。從而可以根據上式計算得到給定巡航速度下的模型總重量?？紤]到模型不對稱，上浮時會出現一個平衡攻角，阻力系數要大一些，重新計算得到模型總重量和配重的需求。

進一步的，所述步驟(2)中根據上浮運動數學模型進行計算得到在上浮過程中速度與運動時間的曲線關系圖：