【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于船舶声学预报领域，具体涉及一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法、装置、系统及存储介质。
技术介绍
1、船舶航行过程中产生的噪声主要由机械噪声、螺旋桨噪声及水动力噪声等3部分组成。船舶水下辐射噪声是衡量船舶隐身性能最为重要的指标，实时掌握船舶水下辐射噪声水平是保障船舶隐蔽性与安全性的前提。开展船舶水下辐射噪声快速预报方法研究是对其航行状态水下噪声在线监测的基础。其中，水动力噪声作为船舶水下辐射噪声的主导成分，在船舶水下噪声预报与控制领域一直占据重要地位。水动力噪声主要源于结构周围的湍流边界层扰动、壁面脉动压力以及流固耦合效应诱发的结构振动。其组成包含流激噪声与湍流噪声两大类别。具体而言，水动力激励作用于船体结构，从而引发流激噪声。湍流边界层内的速度扰动与壁面脉动压力，分别类比于四极子声源与偶极子声源，二者共同构成湍流噪声的主要来源。
2、由于船舶壳体结构局部频率有所区别，壳体不同点处振动响应差异较大，对于船舶壳体振动实时监测系统而言，通过铺设传感器实现船舶壳体振动全域监测不仅所需传感器数量庞大、系统成本高昂，同时无法覆盖全船壳体任意位置处，与实际工程应用差距较大。鉴于船舶振动监测系统传感器数量以及数据处理能力的有限性，因此，如何通过船舶壳体有限测点振动响应获取船舶重构源特性，进而实现船舶壳体振动响应水动力噪声的快速预报，具有重要工程意义。
3、通过对现有技术的文献检索发现，与本专利技术申请有关公开资料主要包括：1、一种基于设备等效声源点的噪声定量预报方法及系统(专利号：zl2019104
4、专利1提供了一种基于设备等效声源点的噪声定量预报方法及系统，从设备等效声源点数据库中获取设备的等效声源点，计算第一总声压级，通过衰减处理得到场外观测点的第二总声压级，与本专利存在很大差异。专利2设计了一种基于等效面源和附加点源的舰艇噪声预报方法及系统，通过等效面源和附加点源的结合不仅提高了计算的准确率还减少了计算的幅度，提高了计算的效率，与本专利存在很大差异。专利3提出了一种水下流激空腔线谱噪声的综合预报方法，能够对流激空腔的流体-动力振荡、流体-共鸣振荡和流体-弹性振荡进行针对性预报，并最终得到流激空腔线谱噪声，该方法主要采用边界元，与本专利存在很大差异。
5、综上所述，目前已公开发表的专利与本专利技术均存在很大差异，且尚无相关申请专利。为此，亟需一种水动力噪声快速预报方法和系统，以解决现有技术无法提供一种便捷、通用的噪声预报方法，以对设计阶段的船舶等在静止状态时的噪声进行预报的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法、装置、系统及存储介质，为船舶水动力噪声预报提供一种更准确、更快捷、更高效的技术手段。
2、本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：
3、一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，步骤如下：
4、步骤1：选取船体振动感知点、船舶流激重构源和水声考核点位置；
5、步骤2：获取船体振动响应与船舶流激重构源的振动传递函数；
6、步骤3：获取船舶流激重构源与水声考核点的“振-声”传递函数；
7、步骤4：获取船舶湍流噪声等效声中心-水下声场考核点“声-声”传递函数；
8、步骤5：构建基于有限点位振动感知的“重构源”模型；
9、步骤6：船舶水动力噪声快速预报。
10、进一步地，所述步骤1具体为：
11、步骤1.1：确定船体振动感知点ri(i＝1:i)的位置，在船体水线以下表面均匀选取振动感知点，针对船艏、附体的大变形区域，船体表面振动感知点相对密布，引入粒子群优化算法优化振动感知点布置策略；
12、步骤1.2：确定重构源pj(j＝1:j)的位置，对船舶水线下壳体进行分区处理，在不同区块内甲板位置选取流体激励重构点位置；
13、步骤1.3：确定船舶水声考核点位置qn(n＝1:n)，在船舶水平面周向布置声压考核点，周向声压考核点间隔10°或20°或30°或45°均匀分布，距离所在平面圆心10米或20米或50米或100米处圆周上的一系列声压考核点。
14、进一步地，所述步骤2使用abaqus等数值仿真软件构建船体几何模型，将其离散为网格模型，定义材料属性，在重构源位置处施加单位脉动压力，设置边界条件，得到船体结构的振动加速度，即为振动传递函数。
15、进一步地，所述步骤3基于声学有限元/边界元思想，利用数值仿真软件展开流激噪声计算，以单位脉动压力作为边界条件，计算船舶流激声压，即为重构源到水声考核点之间的振声传递函数。
16、进一步地，所述步骤4采用rans方法的k-ε湍流模型并结合vof造波方法及重叠网格技术对船体在规则波中迎浪航行的三维非定常黏性流场进行求解，并在此基础上加载fw-h模型采集船体壁面的声源信息，根据船舶湍流噪声沿船体表面分布特性建立其等效声中心，通过声学类比方法计算水面船舶的水下流噪声声场，得到等效声中心激励与水下声场间的“声-声”传递函数。
17、进一步地，所述步骤5具体为：
18、结构上重构源pj的激励a(pj,w)与船体振动感知点ri的振动加速度响应a(ri,w)之间存在如下对应关系：
19、a(ri,w)＝hrp(ripj,w)*a(pj,w)
20、其中，hrp(ripj,w)为步骤s2求得的重构源pj及测点ri之间维度为j*i的振动传递函数矩阵；引入广义逆矩阵，求得激励源向量：
21、a(pj,w)＝[[hrp(ripj,w)]h[hrp(ripj,w)]]-1[hrp(ripj,w)]h*a(ri,w)
22、式中，“h”表示共轭转置，“-1”表示矩阵的广义逆，为了尽量精确得到a(pj,w)，应使船体振动感知点i大于或等于重构源数目j，避免病态方程组的出现；引入最小二乘法理论，得到系统重构源的最佳逼近解。
23、进一步地，所述步骤6具体为：
24、针对流激噪声部分，根据声学原理，船体表面振动速度与其辐射声功率存在如下关系：
25、
26、式中，s为结构水下辐射表面积即船体湿表面积；σrad为辐射效率；为船体湿表面积均方根振动速度；激励源与船体表面均方根振动速度之间存在如下关系：
27、
28、进一步将辐射声功率转换为声压得：
29、距离船体r米处的q点声压为p(q)，将辐射声功率转换为声压得：
30、
31、于是，通过重构源激励a与振声传递函数矩阵hpq的相乘，实现设备激励载荷作用下流激噪声的快速计算；
32、借鉴流激噪声重本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，其特征在于：步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，其特征在于：所述步骤1具体为：
3.根据权利要求1所述的一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，其特征在于：所述步骤2使用ABAQUS等数值仿真软件构建船体几何模型，将其离散为网格模型，定义材料属性，在重构源位置处施加单位脉动压力，设置边界条件，得到船体结构的振动加速度，即为振动传递函数。
4.根据权利要求1所述的一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，其特征在于：所述步骤3基于声学有限元/边界元思想，利用数值仿真软件展开流激噪声计算，以单位脉动压力作为边界条件，计算船舶流激声压，即为重构源到水声考核点之间的振声传递函数。
5.根据权利要求1所述的一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，其特征在于：所述步骤4采用RANS方法的K-Ε湍流模型并结合VOF造波方法及重叠网格技术对船体在规则波中迎浪航行的三维非定常黏性流场进行求解，并在此基础上加载FW-H模型采集船体壁面的声源信息，根据船
6.根据权利要求1所述的一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，其特征在于：所述步骤5具体为：
7.根据权利要求1所述的一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，其特征在于：所述步骤6具体为：
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报装置，其特征在于：包括振动测量装置、工控计算机和机箱；所述振动测量装置配备了高灵敏度振动加速度传感器；所述工控计算机置于机箱的内部，工控计算机内置基于重构源的船舶水动力噪声预报系统；所述机箱采用铝合金防电磁设计，机箱的上表面嵌入防电磁触控屏，机箱的侧壁上至少设置有电源接口、以太网口、传输端口和供采集信号输入的多通道接口，机箱配备橡胶边框和尼龙背带。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报系统，其特征在于：包括采集模块、预报模块和数据库模块；
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，其特征在于：该计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，其特征在于：步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，其特征在于：所述步骤1具体为：
3.根据权利要求1所述的一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，其特征在于：所述步骤2使用abaqus等数值仿真软件构建船体几何模型，将其离散为网格模型，定义材料属性，在重构源位置处施加单位脉动压力，设置边界条件，得到船体结构的振动加速度，即为振动传递函数。
4.根据权利要求1所述的一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，其特征在于：所述步骤3基于声学有限元/边界元思想，利用数值仿真软件展开流激噪声计算，以单位脉动压力作为边界条件，计算船舶流激声压，即为重构源到水声考核点之间的振声传递函数。
5.根据权利要求1所述的一种基于重构源的船舶水动力噪声快速预报方法，其特征在于：所述步骤4采用rans方法的k-ε湍流模型并结合vof造波方法及重叠网格技术对船体在规则波中迎浪航行的三维非定常黏性流场进行求解，并在此基础上加载fw-h模型采集船体壁面的声源信息，根据船舶湍流噪声沿船体表面分布特性建立其等效声中心，通过声学类...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞福振，梁冉，李海超，王寅兵，汤旸，郑嘉俊，秦宇璇，谢雨心，耿可为，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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