基于DDES耦合FW-H方法的吊艙推進(jìn)器水動(dòng)力噪聲特性

收稿日期： 2022-09-19； 修回日期： 2023-02-14； 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間： 2024-06-24

網(wǎng)絡(luò)出版地址： https：//link.cnki.net/urlid/32.1814.TH.20240621.1303.010

基金項(xiàng)目： 江蘇省研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（SJCX21_1710）

第一作者簡介： 高波（1983—），男，江蘇鎮(zhèn)江人，教授，博士生導(dǎo)師（通信作者，gaobo@ujs.edu.cn），主要從事流體機(jī)械性能及內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)研究.

第二作者簡介： 梅子逸（1995—），男，湖北武漢人，碩士研究生（378750054@qq.com），主要從事流體機(jī)械設(shè)計(jì)研究.

摘要： 為研究吊艙推進(jìn)器非定常流場和誘發(fā)的聲場結(jié)構(gòu)，采用DDES耦合FW-H方法，對其開展了高精度非定常數(shù)值計(jì)算.結(jié)果表明：由于吊柱誘發(fā)的強(qiáng)烈動(dòng)靜干涉作用，使螺旋槳至吊柱區(qū)域內(nèi)的壓力脈動(dòng)幅值上升；吊艙推進(jìn)器的渦量分布較為復(fù)雜，由于吊艙體的擾流作用，除螺旋槳本身產(chǎn)生的主、副渦外，還出現(xiàn)干涉尾渦結(jié)構(gòu)，且主渦區(qū)向上偏移.通過計(jì)算盤面上各個(gè)聲接收點(diǎn)處的諧波頻率標(biāo)準(zhǔn)差發(fā)現(xiàn)，聲場在漿盤面上無明顯聲指向性.通過設(shè)置空間曲面內(nèi)的聲接收點(diǎn)陣列，獲得了吊艙推進(jìn)器的聲場空間分布特性.發(fā)現(xiàn)軸頻和葉頻始終是其主要頻率；在螺旋槳槳盤面附近的聲壓脈動(dòng)無明顯指向性，但在空間曲面上，軸頻和葉頻的分布特征明顯，存在有明顯形狀的高低值區(qū)；在吊艙推進(jìn)器后方，聲壓逐漸衰減，但葉頻處能量衰減趨勢小于軸頻處.

關(guān)鍵詞： 吊艙推進(jìn)器；延遲分離渦模擬；非定常流場；水動(dòng)力噪聲

中圖分類號(hào)： S277.9" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A" 文章編號(hào)： 1674-8530（2024）07-0693-08

DOI：10.3969/j.issn.1674-8530.22.0224

高波，梅子逸，張寧，等.基于DDES耦合FW-H方法的吊艙推進(jìn)器水動(dòng)力噪聲特性［J］.排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2024，42（7）：693-700.

GAO Bo， MEI Ziyi， ZHANG Ning，et al. Analysis of hydrodynamic noise of podded propulsor based on DDES coupling FW-H me-thod［J］.Journal of drainage and irrigation machinery engineering（JDIME），2024，42（7）：693-700.（in Chinese）

Analysis of hydrodynamic noise of podded propulsor

based on DDES coupling" FW-H method

GAO Bo*， MEI Ziyi， ZHANG Ning， LAI Yuanqing， NI Dan

（School of Energy and Power Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013， China）

Abstract： To study the structure of the unsteady flow field and acoustic field of the podded propulsor， the DDES（delayed detached eddy simulation） method coupled with FW-H （Ffowcs Williams-Hawings） equation was used to carry out high-precision transient numerical simulations. The results show that the amplitude of the pressure pulsation in the area from propeller to the strut is increased， due to the rotor and stator interference induced by the strut. The vortex distribution of the podded propulsor is complicated. Due to the turbulence effect of the cabin， in addition to the vortex generated by the propeller itself， the structure of the interference wake vortex is also appeared， and the main region of vortex is upward offset. By calculating the standard deviations of harmonic frequencies at various sound receivers on the disk surface， it is found that the sound field has no obvious sound directionality on the disk surface. The spatial distribution characteristics of the acoustic field of the podded propulsor are obtained by setting the spatial acoustic receiver arrays. It can be found that shaft frequency and blade passage frequency are always the main frequencies. There is no obvious directivity of the sound pressure pulsation near the propeller disk， but on the space surface， the distribution characteristics of shaft frequency and blade passage frequency are obvious， where there are high and low value areas with distinct shapes. Behind the podded propulsor， the sound pressure gradually attenuates， but the energy attenuation trend of the blade passage frequency is smaller than that of the shaft frequency.

Key words： podded propulsor;delayed detached eddy simulation;unsteady flow field;hydrodynamic noise

吊艙推進(jìn)器作為一種新興的船舶推進(jìn)系統(tǒng)，已成為船舶推進(jìn)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，其技術(shù)的研究與大型高速船舶的發(fā)展密切相關(guān)［1-4］.ATLAR等［5］調(diào)查了數(shù)艘高速船舶，總結(jié)了吊艙推進(jìn)器在船舶中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，主要著重于環(huán)保與效率.

目前對吊艙推進(jìn)器的主要研究在于多形式多工況下的水動(dòng)力性能及其流場結(jié)構(gòu).SHAMSI等［6］基于RANS方法結(jié)合RNG k-ε湍流模型對在不同偏航角的拖式、推式吊艙推進(jìn)器進(jìn)行水動(dòng)力特性分析；研究了B系列和DTMB兩種槳型，將數(shù)值方法得到的螺旋槳性能曲線與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較并驗(yàn)證，最后將螺旋槳轉(zhuǎn)矩、推力、橫向力等表示為進(jìn)速和偏轉(zhuǎn)角的函數(shù).SNCHEZ-CAJA等［7］從計(jì)算效率方面考慮，利用勢流理論和黏流勢流混合方法對直航中多部件推進(jìn)器進(jìn)行研究，為螺旋槳的設(shè)計(jì)提供幫助.ISLAM［8］使用基于RANS的CFD方法對吊艙式推進(jìn)器在極端斜流多種負(fù)荷下的推進(jìn)特性進(jìn)行了建模和預(yù)測；由RANS預(yù)測得到的吊艙推進(jìn)器周圍的速度和壓力分布揭示了螺旋槳與吊艙支撐體之間高度分離的三維流動(dòng)和復(fù)雜的相互作用，這種相互作用在極端偏轉(zhuǎn)角和中低負(fù)荷條件下更為明顯.

然而，隨著高技術(shù)船舶的快速發(fā)展，對推進(jìn)系統(tǒng)的性能提出了更高的要求，這其中最重要的就是推進(jìn)系統(tǒng)的噪聲水平.艦船螺旋槳及其推進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲對船上人員活動(dòng)、海洋水聲環(huán)境、軍事艦船隱身性能等方面都有巨大影響.而吊艙推進(jìn)器由于整體機(jī)組布置在船艙外，與傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)結(jié)構(gòu)相比，吊艙推進(jìn)器幾乎不處于船體繞流的尾流場內(nèi)，從而擁有更為均勻的伴流場，可以得到更高的效率.而聲學(xué)模擬所使用的FW-H方程從N-S方程導(dǎo)出，其源項(xiàng)是聲源面的水壓脈動(dòng).更高的效率意味著更低的水壓脈動(dòng)水平，從而使得聲壓脈動(dòng)水平也相應(yīng)降低，也即得到更低的噪聲水平.然而，在目前研究中，多采用CFD數(shù)值方法耦合FW-H方程模擬單獨(dú)的螺旋槳的空化和無空化噪聲.GORJI等［9］基于RANS方法和FW-H方程計(jì)算了尾渦和壓力脈動(dòng)激發(fā)的低頻段噪聲，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)一致.VIITANEN等［10］對空化水筒中的螺旋槳使用延遲分離渦模擬（DDES）和計(jì)算聲學(xué)（CA）進(jìn)行數(shù)值研究，并將螺旋槳的整體受力、局部流動(dòng)現(xiàn)象與空化試驗(yàn)對比，研究了全濕流和空化流下的尾流渦結(jié)構(gòu)，基于聲比擬方法計(jì)算了空化狀態(tài)和無空化狀態(tài)的聲壓級(jí).PAN等［11］通過分離渦方法結(jié)合FW-H方程對船舶DTMB4118螺旋槳的遠(yuǎn)場輻射噪聲進(jìn)行了研究，按照由聲源至遠(yuǎn)場的計(jì)算步驟對螺旋槳的聲壓級(jí)和指向性進(jìn)行了分析討論.LIDTKE等［12］對螺旋槳進(jìn)行大渦模擬，并使用FW-H聲比擬法估算空化導(dǎo)致的噪聲，結(jié)果表明，所用方法可識(shí)別流動(dòng)中低頻噪聲，但不能解決細(xì)微尺度流動(dòng)激發(fā)的高頻噪聲.綜合比較而言，RANS，DES（DDES），LES等與FW-H方程耦合的方法均可用于模擬螺旋槳非穩(wěn)態(tài)流場和水動(dòng)力噪聲特性，但三者所耗費(fèi)的資源和得到的結(jié)果有所差異.LES方法可以獲得更為精細(xì)的結(jié)果，但對網(wǎng)格、計(jì)算資源的要求更高，RANS方法則是精度略顯不足，而DES方法則綜合了上述兩者的優(yōu)點(diǎn)，在保證精度前提下減弱了對網(wǎng)格和計(jì)算資源的要求.

綜上，目前對單螺旋槳的水動(dòng)力噪聲研究較多，而對于吊艙推進(jìn)器整體結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力噪聲研究較少，未能揭示吊艙體與螺旋槳?jiǎng)屿o干涉作用對水動(dòng)力特性及噪聲的影響.文中采用DDES-FWH方法開展吊艙推進(jìn)器水動(dòng)力與噪聲特性研究，分析吊艙推進(jìn)器的非穩(wěn)態(tài)流場特性及水動(dòng)力噪聲特性.

1" 數(shù)值計(jì)算方法

1.1" 控制方程

1.1.1" 湍流計(jì)算控制方程

在吊艙推進(jìn)器非定常計(jì)算中，文中采用DDES方法對復(fù)雜流場進(jìn)行研究，即在邊界層附近區(qū)域使用SST k-ω模型；而在遠(yuǎn)離壁面的區(qū)域中則使用LES方法.SST-DDES模型的控制方程為

kt+Ujkxj=1ρPk－βkωFDDES+

1ρxjμ+μtσkkxj，（1）

ωt+Ujωxj=1ρPω－βω2+

1ρxjμ+μtσωωxj+

21－F1ρσω21ωkxjωxj，（2）

其中FDDES=max（1-FSST）LRANSCDESΔ，1為SST-DDES方法的開關(guān)函數(shù).當(dāng)模擬近壁區(qū)域時(shí)，F(xiàn)DDES取值為1，而在模擬遠(yuǎn)離壁面的區(qū)域時(shí)，取值為0.

SST-DDES方法通過開關(guān)函數(shù)FDDES將SST模型和LES模型結(jié)合在一起進(jìn)行計(jì)算，綜合了二者的優(yōu)點(diǎn).利用DDES方法，能在湍流計(jì)算中獲得較為精確的模型表面壓力分布，以作為聲學(xué)計(jì)算的有效輸入條件.

1.1.2" 聲學(xué)計(jì)算控制方程

以N-S方程為基礎(chǔ)，LIGHTHILL［13］結(jié)合聲學(xué)波動(dòng)方程，得到流動(dòng)誘導(dǎo)噪聲的基本方程—Lighthill方程，即

1c202t2－

SymbolQC@ 2［c20（ρ－ρ0）］=2Tijxixj，（3）

Tij=ρuiuj+δij［（p－p0）－c20（ρ－ρ0）］－σij，（4）

式中：Tij為Lighthill應(yīng)力張量.Lighthill方程闡述了湍流中的噪聲，但未考慮流動(dòng)中存在固壁邊界的情況.CURLE［14］考慮了這一點(diǎn)，推導(dǎo)出了求解固壁邊界發(fā)聲問題的Curle聲比擬方程.此后，F(xiàn)FOWCS等［15］通過廣義函數(shù)理論將Curle的結(jié)果又推廣到了運(yùn)動(dòng)固體邊界，也即著名的FW-H方程，即

1c202t2－

SymbolQC@ 2p′（x，t）=t{［ρ0v0+ρ（un－vn）］δ（f）}－t［ΔPijn^j+ρui（un－vn）δ（f）］+2xixj［TijH（f）］，（5）

式中： f為聲源面；δ（f）為狄拉克函數(shù)；H（f）為海維賽德函數(shù).方程左邊為被波動(dòng)算子1c202t2－

SymbolQC@ 2所作用的聲壓p′，它是時(shí)間t與空間（坐標(biāo)）x的函數(shù).式（5）稱為可穿透或可穿透數(shù)據(jù)表面的FW-H方程.

BRENTNER等［16］引入格林函數(shù)積分，并利用對空間積分轉(zhuǎn)換為對時(shí)間積分的方法，推導(dǎo)出了FW-H方程的時(shí)域積分公式，即

4πpT′（x，t）=t∫f=0ρ0vnr1－MrretdS，（6）

4πpL′（x，t）=1c0t∫f=0lrr1－MrretdS+∫f=0lrr21－MrretdS，（7）

式（6），（7）分別為厚度噪聲和載荷噪聲，二者相加即為總聲壓，稱為Farassat 1公式.lr為作用于流體的局部壓力；下角標(biāo)ret為延遲時(shí)間.

聲源時(shí)間τ，觀測點(diǎn)時(shí)間t，二者之間的距離r滿足延遲時(shí)間方程，即

t－τ－r（τ）c0=0.（8）

1.2" 網(wǎng)格劃分

1.2.1" 計(jì)算模型

吊艙推進(jìn)器計(jì)算域如圖1所示，圖中d為直徑.螺旋槳及吊艙體部分參數(shù)：螺旋槳轉(zhuǎn)速n=1 450 r/min，螺旋槳直徑D=250 mm，螺旋槳葉片數(shù)Z=5，吊艙體高度H=341.5 mm，吊艙體長度L=503.2 mm，設(shè)計(jì)進(jìn)速系數(shù)J=0.821 7.

吊艙推進(jìn)器的進(jìn)速系數(shù)J，推力系數(shù)KT，扭矩系數(shù)KQ計(jì)算公式為

KT=Tρn2D4，

KQ=Qρn2D5，

J=vnD，（9）

上述式中：T，Q，ρ，n，D，v分別為螺旋槳的推力、扭矩、水密度、螺旋槳轉(zhuǎn)速、直徑以及來流速度.

1.2.2" 網(wǎng)格生成

在ANSYS Fluent Meshing中采用Poly-Hexcore非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分方法分別對靜止域和旋轉(zhuǎn)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分.其在近壁面處采用多面體網(wǎng)格劃分方法，而在遠(yuǎn)離壁面的空間區(qū)域內(nèi)劃分六面體核心網(wǎng)格.旋轉(zhuǎn)域和靜止域網(wǎng)格的XZ剖面圖如圖2所示.

其中，為了正確計(jì)算螺旋槳和吊艙體表面的壓力-時(shí)間分布，對螺旋槳及吊艙體壁面進(jìn)行邊界層加密.通過定常計(jì)算得到各個(gè)壁面的y+值分布，如圖3所示.結(jié)果表明y+值在10左右，在螺旋槳壁面附近的y+值更低，網(wǎng)格滿足DDES方法的計(jì)算要求.通過修改尺寸控制參數(shù)生成多套網(wǎng)格以進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，結(jié)果如圖4所示.由圖可知，在網(wǎng)格數(shù)達(dá)到約700萬后，扭矩系數(shù)改變量較小.最終形成的網(wǎng)格數(shù)分別為旋轉(zhuǎn)域510萬，靜止域252萬.

1.3" 數(shù)值方法

采用ANSYS Fluent進(jìn)行CFD和CA計(jì)算.CFD計(jì)算中：在邊界條件方面，進(jìn)口設(shè)置為速度進(jìn)口，出口設(shè)置為壓力出口.外邊界設(shè)置為對稱面，保證外邊界處的法向通量為0，以模擬遠(yuǎn)場條件.在求解算法方面，選擇SIMPLE算法耦合速度和壓力，選擇有界中心差分方法對動(dòng)量進(jìn)行離散，選擇二階迎風(fēng)格式對壓力、湍流動(dòng)能、比耗散率進(jìn)行離散，瞬態(tài)格式選擇有界二階隱式.時(shí)間步長［17］選擇2.441 4×10-4 s.CA計(jì)算中：設(shè)置遠(yuǎn)場密度為1 000 kg/m3，遠(yuǎn)場聲速為1 500 m/s，參考?jí)毫?1.0×10-6 Pa，自由來流速度向量保持與速度進(jìn)口的設(shè)置一致.選擇吊艙推進(jìn)器所有壁面作為聲源面.

1.4" 數(shù)值方法驗(yàn)證

選擇標(biāo)準(zhǔn)螺旋槳DTMB P4119作為驗(yàn)證對象.數(shù)值計(jì)算結(jié)果與JESSUP［18］報(bào)道的水動(dòng)力試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較結(jié)果如圖5a所示.在低進(jìn)速系數(shù)下，模擬與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合度高，而隨著進(jìn)速系數(shù)的增大，誤差有所增加.CA計(jì)算結(jié)果與SEZEN等［17］報(bào)道的水動(dòng)力噪聲數(shù)據(jù)比較結(jié)果如圖5b所示.在軸頻、葉頻及其倍頻處的聲壓級(jí)吻合度高，相對誤差均小于3%，絕對誤差最大為2.65 dB，最小為0.31 dB.說明文中所用計(jì)算方法具有較高的計(jì)算精度.

2" 結(jié)果與討論

2.1" 非定常流場特性

在槳盤面上設(shè)置12個(gè)均勻分布的壓力脈動(dòng)監(jiān)測點(diǎn).提取壓力時(shí)域數(shù)據(jù)，再進(jìn)行FFT變化，得到頻域數(shù)據(jù).對壓力進(jìn)行量綱一化處理，即

Cp=p0.5ρv2，（10）

式中：p為壓力值.

文中主要考察吊艙推進(jìn)器在設(shè)計(jì)工況下（即進(jìn)速系數(shù)0.821 7）的性能.如圖6a所示為0°和180°處的壓力脈動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)的頻域圖，圖6b所示為12個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的葉頻壓力系數(shù)幅值極坐標(biāo)圖.0°位置對應(yīng)吊柱所在方位，由于吊柱的存在，動(dòng)靜干涉作用強(qiáng)烈，使得該處的壓力脈動(dòng)水平明顯高于其他方向，0°與180°方位對應(yīng)的壓力系數(shù)差值約0.007 5.

圖7為由z向渦量著色的Q準(zhǔn)則三維渦量圖.由圖7可知，螺旋槳尾渦初生時(shí)極為強(qiáng)烈，甚至在主渦區(qū)旁分離出副渦，向后發(fā)展的過程中，由于吊艙體的存在，尾渦周期性撞擊艙體，能量損耗，主渦區(qū)范圍逐漸減小，在經(jīng)過吊柱和底部鰭后，出現(xiàn)了繞流結(jié)構(gòu)，此后，尾渦逐漸耗散，且向上偏移.

2.2" 非定常水動(dòng)力噪聲特性

由FW-H方程可知，聲學(xué)模擬的源項(xiàng)是聲源面上的水壓脈動(dòng)時(shí)域數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自CFD非定常模擬.而吊艙體的存在使得流場分布更為復(fù)雜，從而產(chǎn)生更為復(fù)雜的水壓脈動(dòng)分布.采用DDES方法則可以獲得較為精確的水壓脈動(dòng)分布，從而保證聲學(xué)模擬的準(zhǔn)確性.在進(jìn)行聲學(xué)模擬時(shí)，將吊艙體與螺旋槳一同設(shè)為聲源面進(jìn)行求解.

2.2.1" 槳盤面上聲場分布特性

研究與前述壓力脈動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)位置一致的聲壓接收點(diǎn)處的聲壓特性.對聲壓頻域數(shù)據(jù)進(jìn)行聲壓級(jí)（SPL）計(jì)算，即

SPL=20log10pmagpref，（11）

式中：pmag為FFT后對應(yīng)頻率下的聲壓幅值；pref為參考聲壓，在水聲環(huán)境中，取1 μPa.

提取各聲壓接收點(diǎn)的軸頻（fr=24.17 Hz）及其2～21階諧波頻率處的聲壓幅值，繪制如圖8所示的特征頻率聲壓級(jí)曲面，其中h為軸頻諧波數(shù).從其底部的投影等值線圖中可以清晰看到，與水壓脈動(dòng)的頻譜特征相似，在各個(gè)接收點(diǎn)處的聲壓能量均集中在軸頻、葉頻及葉頻的2，3，4階諧波頻率上；而其他諧波頻率上的聲壓級(jí)則處于相對較低的水平，對噪聲的貢獻(xiàn)相對較低.分別計(jì)算每個(gè)諧波頻率下12個(gè)接收點(diǎn)對應(yīng)聲壓級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)差δSPL（見圖9）.可知，在主要頻率下，標(biāo)準(zhǔn)差處于極低水平，證明對應(yīng)頻率下的聲壓級(jí)沒有明顯的聲指向性.如若考察總聲壓級(jí)的聲指向性，雖然次要諧波頻率處的聲指向性各異，但主體趨勢應(yīng)與主要頻率一致，不存在明顯聲指向性.

2.2.2" 空間內(nèi)聲場分布特性與聲傳播衰減規(guī)律

為了研究吊艙推進(jìn)器水動(dòng)力噪聲在空間聲場內(nèi)的分布特性，設(shè)置空間平面與球面接收點(diǎn)陣列，如圖10所示.球面接收點(diǎn)陣列定義為球面a，其按z軸方向（流動(dòng)方向）生成，但去除了位于兩極的孤點(diǎn)，因此球面由49×51個(gè)接收點(diǎn)構(gòu)成，球面中心位于槳盤面中心，半徑500 mm，包裹整個(gè)吊艙推進(jìn)器.平面接收點(diǎn)陣列定義為平面a，其平行于槳盤面，位于z軸坐標(biāo)451 mm處（吊艙體稍后的位置），長×寬為400 mm×400 mm，由51×51個(gè)接收點(diǎn)構(gòu)成.

提取球面聲接收點(diǎn)陣列接收到的軸頻、葉頻處的聲壓振幅并計(jì)算聲壓級(jí)，繪制如圖11所示球面聲壓級(jí)等值線圖.

由圖11可知，在球面a上，聲場的頻域分布差異明顯.在吊艙推進(jìn)器后方，軸頻聲壓級(jí)存在∞型的低值區(qū)，而葉頻聲壓級(jí)則是8型的低值區(qū).在吊艙推進(jìn)器的前方，軸頻聲壓級(jí)分布幾乎不存在偏移，而葉頻聲壓級(jí)分布偏向一側(cè).吊艙推進(jìn)器系統(tǒng)的聲場分布不均勻，噪聲前向傳播幾乎不受吊艙體影響，而后向傳播受吊艙體影響較大，在其特征頻率處有明顯的聲指向性.

圖12為平面a上某一時(shí)刻的時(shí)域聲壓p′的曲面.吊艙推進(jìn)器后方的噪聲輻射在時(shí)域上具有一定的指向性，吊艙體對聲場影響較大；在軸線附近存在一個(gè)極高的聲壓區(qū)，這是因?yàn)樵摬糠纸咏跖擉w，較短的聲傳播距離將導(dǎo)致較大的聲壓脈動(dòng)幅度.在平面a上，不同時(shí)刻對應(yīng)不同的聲壓曲面，但分布形式類似.為了探究平面a上聲壓分布的頻域特性，考察一個(gè)統(tǒng)計(jì)量：等值面上2 000 Pa等值線所圍成的區(qū)域a的面積S，其大小可以表征對應(yīng)時(shí)刻高壓區(qū)的強(qiáng)度，再對面積-時(shí)間數(shù)據(jù)執(zhí)行FFT，來探尋平面a上聲壓的脈動(dòng)特征.圖13為所求面積的時(shí)域與頻域圖，其中Samp為振幅.在平面a內(nèi)，聲壓脈動(dòng)的主要頻率仍為軸頻與葉頻.軸頻脈動(dòng)的主要來源是螺旋槳軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，而葉頻脈動(dòng)主要來源是螺旋槳與吊艙體吊柱之間產(chǎn)生的動(dòng)靜干涉.此外，由于吊艙體與螺旋槳相連，吊艙體表面也會(huì)產(chǎn)生主要頻率為軸頻和葉頻的壓力分布情況，因此在進(jìn)行聲輻射后可以監(jiān)測到具有相同特征頻率的聲壓脈動(dòng).推斷在吊艙推進(jìn)器后方的水域中，聲波輻射將保持上述特點(diǎn)，但各個(gè)特征頻率上的聲壓振幅將會(huì)逐漸降低.

在z軸上取聲接收點(diǎn)（0，0，451），往后每隔125 mm（0.5倍螺旋槳直徑）取聲接收點(diǎn)，提取軸頻及葉頻的聲壓級(jí)，形成聲傳播衰減圖，如圖14所示.在貼近吊艙體的地方，聲波具有較大的能量，往后逐漸降低，但葉頻的下降趨勢整體小于軸頻，且葉頻處的聲壓級(jí)均高于軸頻處.

3" 結(jié)" 論

1） 吊柱與螺旋槳相互作用，產(chǎn)生動(dòng)靜干涉，使得對應(yīng)位置的壓力脈動(dòng)幅值有所上升；吊艙推進(jìn)器的渦量分布較為復(fù)雜，從螺旋槳產(chǎn)生的尾渦向后傳播的過程中，出現(xiàn)分離渦、干涉渦結(jié)構(gòu)，且主渦區(qū)存在向上偏移的現(xiàn)象.

2） 吊艙推進(jìn)器的聲場空間分布特征明顯.在螺旋槳槳盤面上，聲壓脈動(dòng)能量主要存在于軸頻、葉頻及其諧波頻率處.但聲壓級(jí)無明顯指向性；在空間曲面上，軸頻和葉頻也是其特征頻率，且存在有明顯形狀的高低值區(qū).

3） 在吊艙推進(jìn)器后方貼近吊艙體的區(qū)域內(nèi)，聲波存在較高能量，隨后逐漸衰減，但葉頻處能量的衰減趨勢小于軸頻處.

實(shí)際工況下，吊艙推進(jìn)器在船體尾部伴流條件下運(yùn)行，此時(shí)進(jìn)入螺旋槳的流體流動(dòng)將不再均勻，可能導(dǎo)致效率下降，從而產(chǎn)生更高的噪聲.在后續(xù)研究中，將考慮吊艙與船體耦合的情況，嘗試預(yù)測其水動(dòng)力特性和噪聲特性.

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（責(zé)任編輯" 談國鵬）