一种泵喷推进器非定常宽带激励力的评估方法技术

本发明专利技术公开了一种泵喷推进器非定常宽带激励力的评估方法，涉及船舶推进器声隐身领域，该方法包括：分别计算泵喷推进器中各部件的湍流波数谱，部件包括转子、定子和导管；分别计算并修正泵喷推进器中各部件的流体动力响应函数；基于湍流波数谱和修正后的流体动力响应函数分别计算各部件的非定常低频宽带激励力；将转子、定子和导管的非定常低频宽带激励力进行叠加，得到泵喷推进器的非定常低频宽带激励力。该方法能够有效地评估泵喷推进器工作状态下的非定常低频宽带激励力性能，用于指导低激振泵喷推进器的设计和噪声评估。低激振泵喷推进器的设计和噪声评估。低激振泵喷推进器的设计和噪声评估。

【技术实现步骤摘要】
一种泵喷推进器非定常宽带激励力的评估方法


[0001]本专利技术涉及船舶推进器声隐身领域，尤其是一种泵喷推进器非定常宽带激励力的评估方法。

技术介绍

[0002]泵喷推进器是国外近几十年为了进一步降低推进器噪声而发展起来的新型推进器，以其优良的航行性能、优异的噪声特性日益受到各海军强国的青睐。泵喷推进器是极其复杂的组合推进器，包含转子、定子和导管，如图1所示，导管包围定子和转子设置。无论前置定子式或后置定子式泵喷推进器，其转子、定子和导管均工作在空间和时间变化的尾流场中。由于非均匀的流场与转子、定子叶片导边以及导管的相互作用，会产生随机的低频宽带激励力，该低频宽带激励力不仅引起低频段较高的宽带噪声，而且会通过轴系或定子传递到艇体本身，引起艇体振动而发声，严重影响潜艇推进器的声隐身性能。
[0003]非定常低频宽带激励力的评估是泵喷推进器设计过程中一个重要的环节，它既可以判断设计方案的低频宽带激励力是否达标，也可以对该设计方案低频宽带噪声评估提供载荷输入，用以评估低频宽带噪声是否满足要求。泵喷推进器低频宽带激励力在时域上是随机的脉动量，量级较小，只有平均值的千分之几，侧向分量更低，若要通过直接模拟得到，对计算时间和计算精度都带来巨大的挑战。针对上述技术问题，目前还没有有效的解决措施和方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种泵喷推进器非定常宽带激励力的评估方法，适合于泵喷推进器方案设计阶段低频宽带激励力的计算和评估，为低激振力的推进器设计方案优选提供了一种有效的手段。本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种泵喷推进器非定常宽带激励力的评估方法，包括如下步骤：
[0006]分别计算泵喷推进器中各部件的湍流波数谱，部件包括转子、定子和导管；
[0007]分别计算并修正泵喷推进器中各部件的流体动力响应函数；
[0008]基于湍流波数谱和修正后的流体动力响应函数分别计算各部件的非定常低频宽带激励力；
[0009]将转子、定子和导管的非定常低频宽带激励力进行叠加，得到泵喷推进器的非定常低频宽带激励力。
[0010]其进一步的技术方案为，基于湍流波数谱和修正后的流体动力响应函数分别计算各部件的非定常低频宽带激励力，包括，对于转子：
[0011]将转子视为普通旋转机械，利用机翼薄翼理论，结合转子盘面处的湍流波数谱和转子叶片对应的修正后的流体动力响应函数，计算出转子叶片对应径向单位长度的上下表面的压力差，基于压力差计算得到转子叶片对应径向单位长度的非定常低频宽带激励力，且计算时考虑前方来流水速和转子旋转效应；
[0012]对单位长度的非定常低频宽带激励力沿转子叶片的桨毂到叶梢进行积分，得到一片转子叶片的非定常低频宽带激励力；将所有转子叶片的非定常低频宽带激励力进行叠加，得到泵喷推进器中转子的非定常低频宽带激励力。
[0013]其进一步的技术方案为，基于湍流波数谱和修正后的流体动力响应函数分别计算各部件的非定常低频宽带激励力，包括，对于定子：
[0014]将定子视为转速为零的旋转机械，利用机翼薄翼理论，结合靠近定子盘面前方的湍流波数谱和定子叶片对应的修正后的流体动力响应函数，计算出定子叶片对应径向单位长度的上下表面的压力差，基于压力差计算得到定子叶片对应径向单位长度的非定常低频宽带激励力，且计算时仅考虑前方来流水速；
[0015]对单位长度的非定常低频宽带激励力沿定子叶片的桨毂到叶梢进行积分，得到一片定子叶片的非定常低频宽带激励力；将所有定子叶片的非定常低频宽带激励力进行叠加，得到泵喷推进器中定子的非定常低频宽带激励力。
[0016]其进一步的技术方案为，基于湍流波数谱和修正后的流体动力响应函数分别计算各部件的非定常低频宽带激励力，包括，对于导管：
[0017]导管展开后将其视为带有厚度的平板，平板的展长作为导管的周长，利用机翼薄翼理论，结合导管进口前方的湍流波数谱和导管对应的修正后的流体动力响应函数，计算出导管剖面周向单位长度的上下表面的压力差，基于压力差计算得到导管剖面周向单位长度的非定常低频宽带激励力，且计算时仅考虑前方来流水速；
[0018]对单位长度的非定常低频宽带激励力沿平板的展长方向进行积分，得到泵喷推进器中导管的非定常低频宽带激励力。
[0019]其进一步的技术方案为，分别计算泵喷推进器中各部件的湍流波数谱，包括：
[0020]对于转子，获取转子盘面处的湍流特征参数；对于定子，获取靠近定子盘面前方的湍流特征参数；对于导管，获取导管进口前方的湍流特征参数；其中，湍流特征参数包括湍流度和湍流积分长度，盘面为转子叶片或定子叶片的旋转面；
[0021]对湍流积分长度进行修正，表达式为：
[0022][0023]其中，Λ为相应位置的湍流积分长度，Λ
′
为相应位置修正后的湍流积分长度，α
c
为一常数，k1为与泵喷推进器转子的角频率有关的波矢量向量；
[0024]基于相应的湍流度和修正后的湍流积分长度分别计算泵喷推进器中转子、定子和导管的湍流波数谱，表达式为：
[0025][0026]其中，k1,k2,k3为三个方向的波矢量向量，且为三个方向的波矢量向量，且为相应位置的湍流脉动速度的均方值，且ε为相应位置的湍流度，U为前方来流水速。
[0027]其进一步的技术方案为，分别计算并修正泵喷推进器中各部件的流体动力响应函
数，包括：
[0028]流体动力响应函数的表达式为：
[0029][0030]其中，i为虚数单位，ω为泵喷推进器转子的角频率，C为泵喷推进器相应部件的弦长，U为前方来流水速，为一阶第二类汉克尔函数，为零阶第二类汉克尔函数；
[0031]考虑泵喷推进器各部件的厚度影响，基于厚度修正的流体动力响应函数的表达式为：
[0032]其中，h为泵喷推进器各部件的剖面最大厚度。
[0033]其进一步的技术方案为，将转子、定子和导管的非定常低频宽带激励力进行叠加，得到泵喷推进器的非定常低频宽带激励力，包括：
[0034]设转子的非定常低频宽带激励力为定子的非定常低频宽带激励力为导管的非定常低频宽带激励力为三种激励力的单位均为N，且泵喷推进器各部件产生的非定常低频宽带激励力不相关；
[0035]对泵喷推进器各部件产生的非定常低频宽带激励力分别取对数：
[0036][0037][0038][0039]利用下式对取对数后的各部件的非定常低频宽带激励力进行叠加，表达式为：
[0040]对上述叠加后的对数形式的非定常低频宽带激励力进行转换得到泵喷推进器的非定常低频宽带激励力，表达式为：
[0041]本专利技术的有益技术效果是：
[0042]本申请提出的评估方法将泵喷推进器与湍流场相互作用引起的非定常低频宽带激励力的过程用简单的物理模型模化，湍流场的作用相当于激励源，用湍流波数谱模化；泵喷推进器各部件的作用相当于在激励的作用下传递响应，用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泵喷推进器非定常宽带激励力的评估方法，其特征在于，所述评估方法包括：分别计算泵喷推进器中各部件的湍流波数谱，所述部件包括转子、定子和导管；分别计算并修正泵喷推进器中各部件的流体动力响应函数；基于所述湍流波数谱和修正后的流体动力响应函数分别计算各部件的非定常低频宽带激励力；将所述转子、定子和导管的非定常低频宽带激励力进行叠加，得到所述泵喷推进器的非定常低频宽带激励力。2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述基于所述湍流波数谱和修正后的流体动力响应函数分别计算各部件的非定常低频宽带激励力，包括，对于所述转子：将所述转子视为普通旋转机械，利用机翼薄翼理论，结合转子盘面处的湍流波数谱和转子叶片对应的修正后的流体动力响应函数，计算出转子叶片对应径向单位长度的上下表面的压力差，基于所述压力差计算得到转子叶片对应径向单位长度的非定常低频宽带激励力，且计算时考虑前方来流水速和转子旋转效应；对单位长度的非定常低频宽带激励力沿转子叶片的桨毂到叶梢进行积分，得到一片转子叶片的非定常低频宽带激励力；将所有转子叶片的非定常低频宽带激励力进行叠加，得到所述泵喷推进器中转子的非定常低频宽带激励力。3.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述基于所述湍流波数谱和修正后的流体动力响应函数分别计算各部件的非定常低频宽带激励力，包括，对于所述定子：将所述定子视为转速为零的旋转机械，利用机翼薄翼理论，结合靠近定子盘面前方的湍流波数谱和定子叶片对应的修正后的流体动力响应函数，计算出定子叶片对应径向单位长度的上下表面的压力差，基于所述压力差计算得到定子叶片对应径向单位长度的非定常低频宽带激励力，且计算时仅考虑前方来流水速；对单位长度的非定常低频宽带激励力沿定子叶片的桨毂到叶梢进行积分，得到一片定子叶片的非定常低频宽带激励力；将所有定子叶片的非定常低频宽带激励力进行叠加，得到所述泵喷推进器中定子的非定常低频宽带激励力。4.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述基于所述湍流波数谱和修正后的流体动力响应函数分别计算各部件的非定常低频宽带激励力，包括，对于所述导管：所述导管展开后将其视为带有厚度的平板，所述平板的展长作为所述导管的周长，利用机翼薄翼理论，结合导管进口前方的湍流波数谱和导管对应的修正后的流体动力响应函数，计算出导管剖面周向单位长度的上下表面的压力差，基于所述压力差计算得到导管剖面周向单位长度的非定常低频宽带激励力，且计算时仅考虑前方来流水速；对单位长度的非...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊紫英，孙红星，
申请(专利权)人：中国船舶科学研究中心，
类型：发明
国别省市：