基于螺旋桨尾流压力脉动计算的空化噪声特征估计方法

成果基本信息
关键词：	螺旋桨尾流压力脉动;空化噪声特征估计;现代流体力学;空泡动力学
成果类别：		技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：	2018N991Y004845	资源采集日期：	2019-04-15

研究情况
单位名称：	安徽工业大学	技术水平：
评价证书号：		评价单位：	国家知识产权局
评价日期：	2017.03.08	评价证书号：

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	1

联系方式
联系人（平台）：	孵化基地	联系人（平台）电话：	0771-3394012
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成果简介
1. 课题来源及背景　　螺旋桨噪声是船舶三大噪声源之一，包含了目标推进器种类信息和结构特征，是识别水下目标的主要特征和重要依据。而空化一旦出现，空化噪声就成为螺旋桨主要噪声。这些目标源噪声由于被海洋环境噪声干扰和在复杂的水声信道传播中而产生畸变，使得被动声纳所接收到的噪声信号特征不明显，信噪比降低，因此进一步挖掘螺旋桨噪声本质特征是水下目标识别急待解决的问题。　　2. 技术原理　　本方法的原理就是依据上述螺旋桨空化的主要特征，基于黏性多相流理论，利用现代计算流体力学方法对水下螺旋桨尾流场构建N-S方程，并结合湍流模型和空化模型对方程组进行数值求解，从而得到水下螺旋桨叶面周围汽相体积分数和尾流场中压力脉动等相关信息；再利用功率谱等信号处理方法对数值计算的流场信息数据的低频特征进行提取和分析；最后利用流场压力脉动与噪声之间的特征相关性对水下目标螺旋桨噪声特征进行估计和判断。虽然压力脉动是尾流场中力学参数而噪声声压是声学参数，它们的物理概念不同，但它们在某些方面的特征，如低频线谱幅值分布特征，又有一些共同点。这些共同点实质是反映了螺旋桨几何和工况参数特征，即特征相关性。本技术将现代流体力学、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。本技术方法包括以下步骤：（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。　　3. 技术创新和先进性　　由于尾流场受到螺旋桨桨叶转动节拍的作用以及辐射噪声同样受到叶频调制作用，尾流场中压力脉动和声压信号缓变分量的特征密切相关，二者的功率谱密度低频线谱幅值分布等特征具有相关性，本技术方法就是利用流场特征参数与流体噪声特征参数的相关性来对螺旋桨空化噪声进行特征估计。本方法还对空化模型和湍流模型相关参数的修正，建立桨叶表面边界层和在梢涡空化区域对网格进行精细处理。通过与实验的比对，这些改进措施显著提高了梢涡空化的预报精度，较好地解决空化数值预报中的一个难题。　　4. 技术成熟度　　在本技术中几个关键技术环节中，空化流区域压力脉动数值计算采用经典计算模型并根据计算对象对模型参数进行优化，数值计算可采用商用计算软件，其计算误差可控。此外，压力脉动的信号分析采用经典的功率谱和解调谱分析方法，特征提取和分析方法还适用于其他旋转机械噪声信号的特征分析。因此本方法的关键技术成熟可靠。　　5. 应用情况及存在问题　　本方法中特征估计和提取已经用于汽车旋转机械噪声的故障特征提取中，提高了旋转机械故障的诊断效果。相关专利已经转让企业，并为企业获取了较好的经济效益。但本方法中技术流程较多，对计算资源要求较高，数值计算过程中耗时也较长。

成果名称：	基于螺旋桨尾流压力脉动计算的空化噪声特征估计方法	关键词：	螺旋桨尾流压力脉动;空化噪声特征估计;现代流体力学;空泡动力学
成果类别：		一级分类名称：	装备制造
二级分类名称：	运输装备制造	三级分类名称：	水路运输装备
研究起止时间：	2014.07 至2018.06	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：		技术水平：
研究形式：		学科分类1：
单位名称：	安徽工业大学	学科分类2：	140.20
中图分类号1：		所属高新技术类别：
中图分类号2：	O427.4	课题来源：
应用行业：		课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：	1608085MA05
经费实际投入额（万元）：	8.00	评价单位：	国家知识产权局
评价形式：	无	应用状态：	无
评价日期：	2017.03.08	转让范围：
评价证书号：		推荐单位：	马鞍山市科技局
推广形式：	无	成果登记号：	2018N991Y004845
成果简介：	1. 课题来源及背景　　螺旋桨噪声是船舶三大噪声源之一，包含了目标推进器种类信息和结构特征，是识别水下目标的主要特征和重要依据。而空化一旦出现，空化噪声就成为螺旋桨主要噪声。这些目标源噪声由于被海洋环境噪声干扰和在复杂的水声信道传播中而产生畸变，使得被动声纳所接收到的噪声信号特征不明显，信噪比降低，因此进一步挖掘螺旋桨噪声本质特征是水下目标识别急待解决的问题。　　2. 技术原理　　本方法的原理就是依据上述螺旋桨空化的主要特征，基于黏性多相流理论，利用现代计算流体力学方法对水下螺旋桨尾流场构建N-S方程，并结合湍流模型和空化模型对方程组进行数值求解，从而得到水下螺旋桨叶面周围汽相体积分数和尾流场中压力脉动等相关信息；再利用功率谱等信号处理方法对数值计算的流场信息数据的低频特征进行提取和分析；最后利用流场压力脉动与噪声之间的特征相关性对水下目标螺旋桨噪声特征进行估计和判断。虽然压力脉动是尾流场中力学参数而噪声声压是声学参数，它们的物理概念不同，但它们在某些方面的特征，如低频线谱幅值分布特征，又有一些共同点。这些共同点实质是反映了螺旋桨几何和工况参数特征，即特征相关性。本技术将现代流体力学、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。本技术方法包括以下步骤：（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。　　3. 技术创新和先进性　　由于尾流场受到螺旋桨桨叶转动节拍的作用以及辐射噪声同样受到叶频调制作用，尾流场中压力脉动和声压信号缓变分量的特征密切相关，二者的功率谱密度低频线谱幅值分布等特征具有相关性，本技术方法就是利用流场特征参数与流体噪声特征参数的相关性来对螺旋桨空化噪声进行特征估计。本方法还对空化模型和湍流模型相关参数的修正，建立桨叶表面边界层和在梢涡空化区域对网格进行精细处理。通过与实验的比对，这些改进措施显著提高了梢涡空化的预报精度，较好地解决空化数值预报中的一个难题。　　4. 技术成熟度　　在本技术中几个关键技术环节中，空化流区域压力脉动数值计算采用经典计算模型并根据计算对象对模型参数进行优化，数值计算可采用商用计算软件，其计算误差可控。此外，压力脉动的信号分析采用经典的功率谱和解调谱分析方法，特征提取和分析方法还适用于其他旋转机械噪声信号的特征分析。因此本方法的关键技术成熟可靠。　　5. 应用情况及存在问题　　本方法中特征估计和提取已经用于汽车旋转机械噪声的故障特征提取中，提高了旋转机械故障的诊断效果。相关专利已经转让企业，并为企业获取了较好的经济效益。但本方法中技术流程较多，对计算资源要求较高，数值计算过程中耗时也较长。
联系人：	吴胜华	成果登记日期：	2018-12-13
联系人email：	kyckfb@ahut.edu.cn	单位代码：	93400007
邮政编码222：	243002	联系人电话：	13955544680
单位传真：	0555-2311367	单位通讯地址：	安徽省马鞍山市芜湖东路59号
单位所在省市：		单位电话：	0555-2311367;2311857
转让收入（万元）：	4	单位属性：
合作完成单位：		已转让企业数（个）：	1
成果发布年份：	2018	知识产权形式：
成果完成人：	朱志峰	资源采集日期：	2019-04-15

基于螺旋桨尾流压力脉动计算的空化噪声特征估计方法

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