泵喷噪声谱测量与分析及控制机理

与无轴泵喷噪声性能评估方式一样，星形翼假尾伴流场中机械式泵喷噪声测量同样在最低有效分析频率为1 k Hz的空泡筒中完成，同步测量其水动力曲线和脉动压力特征，模型装配如图8.87所示。两个脉动压力传感器分别测量定转子轴向间距中央和转子盘面位置的脉动压力，进而可以根据导管内壁面的脉动压力分布间接描述泵喷无空化流场声源特征。

图8.87　标模艇机械式泵喷敞水和星形翼伴流场中模型装配

测量得到机械式泵喷敞水性能曲线以及假尾伴流场中转子水动力性能曲线如图8.88所示。可知，进速系数J=0.8时定子导管静止部件受力为0，在设计点J=1.0以及最高效率点J=1.2处，静止部件均承受小量阻力。泵喷敞水效率为0.65，与7叶桨B持平，设计点处船后转子效率为0.71，高于7叶桨B。工作点位于设计点前方时，星形尾翼伴流使得转子推力系数和力矩系数同步减小，总体对转子效率的影响较小，但对转子推力载荷的影响程度明显比对无轴泵喷更大，不利于泵喷抗空化性能的发挥。敞水性能曲线测量值与预报值吻合良好。

图8.88　机械式泵喷敞水性能曲线和星形翼伴流场中转子水动力曲线

测量得到航速为6 kn时导管内壁面两个测点的脉动压力前5阶系数及其幅值如图8.89所示。可知，转子盘面处脉动压力明显高于转子上游面测点，两处测点均以一阶分量为主要脉动量，盘面处一阶脉压幅值达到1.12 kPa，对应脉压系数为0.274。

图8.89　航速为6 kn时机械式泵喷模型样机导管内壁面脉动压力测量结果(www.xing528.com)

测量得到伴流场中航速为4 kn和6 kn时泵喷直接辐射噪声1/3oct谱源级曲线如图8.90所示。在有效测量频段1～40 k Hz内，低航速下泵喷声能量主要集中于1～5 k Hz频带内，因噪声较低，5 k Hz以上频段的信噪比非常小，并不影响泵喷总声级的衡量。泵喷模型样机总声级分别为100.43 dB和104.36 dB，按照缩尺比1∶1.12换算得到标模艇尾实尺泵喷的总噪声级分别为101.64 dB和105.57 dB。与相同伴流场中7叶桨B在轻载工况（KT=0.1）和重载工况（KT=0.184）下按照缩尺比1∶1.09换算得到的谱源级曲线比较如图8.91所示，可知，在全频段内，泵喷与7叶桨均有降噪效果，且泵喷总声级较7叶桨轻载时降噪5.44 dB，较重载时降噪9.64 dB，较设计载荷（KT=0.137）下降噪7.29 dB，效果显著。进一步测量得到假尾伴流场中转速为1 080 r/min和推力载荷KT=0.582时空化初生前后机械式泵喷的噪声谱源级曲线比较如图8.92所示。可知，空化初生后全频段内泵喷噪声均有显著增加，总声级增加9.82 dB，较无轴泵喷空化噪声增加的幅度要小。

图8.90　伴流场中测量机械式泵喷噪声谱源级曲线

（a）航速为4 kn、泵模为444 r/min时的噪声测量谱；（b）航速为6 kn、泵模为593.6 r/min时的噪声测量谱

图8.91　航速为6 kn时标模艇尾实尺机械式泵喷与7叶桨B的噪声谱源级曲线对比

图8.92　空化初生对机械式泵喷噪声谱的影响测量结果

（a）无空化噪声谱；（b）空化初生噪声谱