泵类推进器振动噪声控制试验结果

模型试验测量的本质任务一方面是直接比较同为模型尺度下的样机性能优劣，进行方案择优；另一方面是通过与设计指标的比较来考核设计成效，决定定型方案。显然，后一目标对于工程设计来说需求更为强烈，其中就必然存在如何由模型样机性能来衡量换算实尺样机性能的问题，也就是通常所说的相似换算。对于水动力、空化和辐射噪声而言，从现有的经典理论和已公开研究成果来看，实尺和模型的水动力性能具有较为严格的相似性，且无论是推力还是力矩的尺度效应修正量都已经能够量化描述。但是，基本已经得到公认的是，空化，尤其是空化初生，具有较为明显的尺度效应影响，如图6.18所示。可知，当仅由空化数这一参量来表征空化时，即使空化数相同，当来流速度越大时空化越早产生，同时，几何尺度越大时空化也越早产生。换句话说，当实尺与模型空化数相同时，实尺的空化初生时机依然要早、空化范围依然更大，仅由初生空化数相等来换算实尺的临界航速时有必要考虑尺度效应影响。但遗憾的是，该尺度效应究竟如何来量化描述，当前船舶水动力研究领域内尚未得出统一认识，较为认可的也只是螺旋桨梢涡初生临界空化数尺度效应可以由雷诺数的指数关系来定性描述

图6.18　速度尺度对回转体空化和长度尺度对NACA 16020水翼空化的尺度效应影响

式中，σi为梢涡初生临界空化数，下标s和m代表实尺桨和模型桨；Re0.9R为0.9R叶截面处雷诺数

式中，v0.9R为合速度；c0.9R为0.9R叶截面弦长；γ为尺度效应指数。显然，尺度效应指数γ的值直接决定了实尺螺旋桨精确的空化初生临界航速。当前存在的问题是，一方面，该指数γ如何取值并没有统一结论，如经典文献［31］中McCormick描述取值为0.35，也有由水翼梢涡空化初生实验拟合得到取值为0.24，还有由微气泡动力学理论结合声压阈值标准得出螺旋桨空化初生尺度效应指数取值0.12，中船重工702所按照德国汉堡水池测量经验建议取值为0.3，等等；另一方面，对于泵喷测量对象来说目前尚没有任何经验取值，只能参考水下7叶桨的空化初生修正方法。因此，在本试验测量中，由无轴泵喷模型样机的初生空化数相似换算实尺无轴泵喷的临界航速指标时，既给出暂不考虑尺度效应影响的临界航速值，也同时给出尺度效应指数为0.3的临界航速修正值，以充分展示实尺无轴泵喷的空化初生性能。

当不考虑空化初生尺度效应修正量时，模型样机泵喷转子叶片桨盘面0.9R叶截面正上方位置处的转速空化数和实泵相等，即

式中，p0.9R为空泡水筒中0.9R叶截面正上方位置处静压；pv为汽化压力；ρm为试验水介质密度；nm和Dm分别为模型转子转速和直径；pa为大气压；hs为实泵轴心沉深；ρs为海水密度；ns和Ds分别为实泵转子转速和直径。(www.xing528.com)

此外，无轴泵喷模型样机在保持与实泵几何参数相似的前提下，既需要保持两者转子的推力载荷相等，即模型泵与实尺度泵喷转子部件（包含集成电机转子环）的推力系数相等，还需要满足模型泵转子叶片0.75R叶截面处的雷诺数高于临界雷诺数，即

式中，cm（0.75R）为模型样机转子叶片0.75R叶截面弦长。

最后，关于泵喷辐射噪声的相似换算问题，目前尚无成熟经验，仅能借助国际拖曳水池会议（International Towing Tank Conference，ITTC）所推荐的螺旋桨直接辐射噪声相似换算法则进行

式中，rm为模型样机噪声测点距离；LP为1/3倍频程（1/3oct）频带声压级；f为1/3oct中心频率。需要注意的是，模型样机的辐射噪声测量应在无唱音的情况下进行，唱音监测可由三种方法同时保证：现场监听、用视波器观察“包络线”波形、功率谱上出现明显高于相邻频段的窄带峰。若噪声测量过程中模型出现唱音，则模型应采取抗鸣边处理或微调工况，待模型消除唱音后，再进行噪声测试。测量时，以总声级信噪比和1/3倍频程峰值频率处的信噪比满足不低于3 dB为有效。

模型样机噪声采用丹麦B＆K公司的8104水听器，频响范围为0.1 Hz～120 k Hz，噪声测试频段为1～80 k Hz，基准声压P0=1μPa，测点距桨盘面中心0.6 m，测量后将测点处的声压级按球面衰减规律换算至1 m处。噪声测量数据包括1/3倍频程频谱图和数据表，包括1/3倍频程中心频率对应的频谱级、频带级以及总噪声级，以充分展示无轴泵喷模型样机的噪声性能。