基于螺旋桨尾流压力脉动计算的空化噪声特征估计方法

摘要

本发明公开了基于螺旋桨尾流压力脉动计算的空化噪声特征估计方法，属于水声目标特征提取领域。基于螺旋桨尾流压力脉动计算的空化噪声特估计取方法，包括以下步骤：(1)备用网格生成并导入计算程序后生成算例文件，(2)空化模型和湍流模型设定，(3)数值计算参数设定，(4)数值计算，(5)数值方法可靠性验证及网格确定，(6)空化尾流压力脉动非定常数值计算，(7)压力脉动信号功率谱变换及低频线谱幅值提取，(8)线谱特征估计及分析。本发明将现代流体力学、空泡动力学和信号处理领域中相关研究成果引入水下目标的噪声特征分析，体现多学科和多领域的交叉性。

主权项

基于螺旋桨尾流压力脉动计算的空化噪声特征估计取方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)备用网格生成并导入计算程序后生成算例文件：利用专业建模软件制作螺旋桨三维几何模型后导入网格生成软件，在网格划分软件中建立三种备选网格，这三种备选网格的计算域相同，速度入流边界距离螺旋桨中心为1D，D为螺旋桨直径，下游压力出口边界距离为5D，螺旋桨中心至侧面外围距离为2.5D，这三个网格的网格单元数量按照倍数逐渐增加，对网格中相邻边界的网格单元尺寸在边界点合理过渡，使得网格中所有体网格单元的skew都限定在0.9以内；(2)空化模型和湍流模型设定：采用全空化模型和重整化群湍流模型，并对其重要参数进行修正；(3)数值计算参数设定：对工况条件、边界条件和数值算法的相关参数进行设定；(4)数值计算：采用逐级分步骤的计算过程，在螺旋桨工况参数中，环境压力和入流速度可以直接设定到工况值，而螺旋桨转速采用分级增加，直到增加到预定工况值；先计算无空化模型流场分布，等到计算稳定后再打开空化模型；先对压力、密度、动量和汽相分数等参数进行一阶精度离散格式计算，计算稳定后，再将离散精度提高到二阶或QUCIK等，并采用并行计算技术来进行计算；(5)数值方法可靠性验证及网格确定：将典型工况下对螺旋桨桨的水动力参数和空化的数值计算结果与相关实验结果进行比较，以验证网格无关性和所采用数值方法的可靠性；并对数值计算结果中水动力参数和空化进行比较，当结果随着网格数量的增加而趋于稳定并与实验结果一致时，则选定满足条件中网格单元数量最少的网格作为下面数值计算的选定网格；否则适当增加网格数量，重复步骤1重新开始；(6)空化尾流压力脉动非定常数值计算：采用步骤5中的选定网格，对螺旋桨的尾流场在所需工况条件下进行非定常数值计算，在计算程序中对尾流场中某一特定位置(A点)压力脉动检测并保存其检测数据，同时对数据进行无量纲化；(7)压力脉动信号功率谱变换及低频线谱幅值提取：采用信号处理中快速傅立叶变换方法对流场中压力脉动等物理量和噪声信号数据进行功率谱变换，并对低频线谱幅值进行提取；再利用尾流场压力脉动特征与空化噪声被桨叶调制特征的相似性，建立从压力脉动的低频线谱幅值到噪声的低频线谱幅值的特征对应关系；(8)线谱特征估计及分析：将步骤7中低频线谱幅值一一对应到噪声信号功率谱的低频线谱幅值，作为对空化噪声信号低频线谱幅值分布特征的估计。