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GB T41890.1-2022船舶与海上技术 船舶设计过程中螺旋桨空化噪声模型试验方法 第1部分 声源级评估.pdfICS 47.020.20 CCSU40
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水晶阁分户验收施工方案船舶与海上技术船舶设计过程中
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船舶与海上技术船舶设计过程中 螺旋桨空化噪声模型试验方法 第1部分：声源级评估
本文件描述了船舶设计过程中螺旋桨空化噪声声源级评估的模型试验方法。 试验过程包括噪声源的模拟、噪声测量、数据后处理和实尺度预报。本试验的目标噪声源是螺旋桨 空化噪声。因此，本文件详述了基于模型和实型船舶之间的相似原理来模拟船舶螺旋桨空化噪声特征 的试验准备和条件。螺旋桨噪声测量分三个阶段：螺旋桨空化噪声测量、背景噪声测量和实尺度预报。 为了更加准确*评估空化噪声声源级，需要对试验测量的螺旋桨空化噪声进行信噪比和声场环境修正。 最后，根据模型和实型船舶的相似关系，预报原型船舶螺旋桨空化噪声声源级。 本文件适用于船舶设计过程中螺旋桨空化噪声的声源级评估。
下列术语和定义适用于本文件。 3.1 声学中心acousticcentre 所有噪声源等效点声源的中心。 注：声学中心是预期空化噪声的等效声源中心。 3.2 背景噪声backgroundnoise 来自测试噪声源以外的所有噪声。 3.3 空化数cavitationnumber 0n 由以下公式定义的无量纲数值。
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式中： 一总静压力，单位为帕(Pa)； 办 饱和蒸气压力，单位为帕（Pa)； P 流体的密度，单位为千克每立方米（kg/m）； 机 螺旋桨转速，单位为转每秒(r/s)； D 螺旋桨的直径，单位为米（m）； R 指定位置的相对半径数值，民用商船取0.8，水面舰船取0.9； R'×πnD一指定半径处的切向速度，单位为米每秒(m/s)。 注：总静压力（p。)由大气压和下潜深度压力组成，通常取螺旋桨桨叶参考线处于12点钟位置时某指定半径处总静 压力，例如取螺旋桨桨叶参考线处于12点钟位置，中心线上方0.8R（R为螺旋浆半径)或0.9R处，也能使用螺 旋桨中心线的总静压力。民用商船一般取0.8R，水面舰船一般取0.9R。 3.4 噪声源noisesource 噪声产生机制或对象。 注：就本文件而言，主要噪声源是螺旋桨空化产生的噪声。 3.5 参考场referencefield 使用给定的虚拟源（即声学中心)位置测量的声压场。 注：参考场应用于计算源级。 3.6 声压级soundpressurelevel;SPL L 以10为底的对数的十倍，在规定频带中测量声压的时间均方与参考值的平方之比的对数，即：
Pet取1μPa。 注：单位为分贝(dB)。 3.7 源级sourcelevel;SL 在距离声学中心1m的参考距离处测量声压的转换量。 注：参考距离是指用于源级转换的距离，定义为距离声学中心1m。 .8 虚拟源virtualsource 声功率转换时的假想标准点声源。 3.9 伴流wake 模拟船后螺旋桨盘面处速度场的分布。 注1：对于模型测试，使用金属网格、假体或全附体船舶模型来模拟券 注2：螺旋桨盘面指经过桨叶叶根弦长中点且垂直于桨轴的假想平面
为了有效评估实型螺旋桨空化噪声性能，基于相似原理，模拟螺旋桨表面的空泡形态特征来产 声源，即空化噪声。用于此目的的试验配置包括试验设施、螺旋桨模型和桨前方流场模拟
试验设施可能是立式可变压力、变水速度的水筒，或者循环水槽，也可能是带自由液面的减压 水池。可变压力水筒被称为空泡水筒，广泛用于模型试验。宜根据水筒（循环水槽)试验段尺寸，合 泽螺旋前方流场的模拟设置。
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根据自航试验确定的自航点，空泡试验工况由等推力法（或等扭矩法)确定。在空泡试验中，螺旋桨 运行条件由无量纲系数，螺旋桨推力系数（Kr)[或螺旋桨扭矩系数（K*）和空化数（o。)共同确定。 注1：K=T/(pn²D) 式中： K螺旋桨推力系数，无量纲； T一螺旋桨浆叶产生的总推力，单位为牛(N)。 注2：K*=*/(pn²D） 式中： K。一一螺旋桨扭矩系数，无量纲； *一螺旋桨的扭矩，单位为牛米(N·m)。 在螺旋桨空泡观测和噪声测量中，空化试验设施中的压力根据特定点处的局部空化数来调整，该特 定点接近预期空化中心的上部，例如螺旋桨桨叶参考线处于12点钟位置，中心线上方0.8R（R为螺旋 奖半径）或0.9R处。 在空泡试验中，船波高以及功率储备对试验工况的影响能够基于实验室经验或与客户讨论确定。 空气含量以及气核的数量和分布在空化起始及其发展过程中起重要作用。因此，宜根据实验室经 验确定。 对基于弗鲁德数相似且具有自由表面的设施（例如减压拖曳水池或自由表面循环水槽)中进行空化 试验时，可以直接采用弗鲁德数相似的自航试验标准流程来确定螺旋桨转速和拖车（来流)速度来确定 不同的空泡试验工况。值得注意的是，空泡试验中等推力法中的推力系数是基于常规流程自航试验结 果进行实船功率预报时实船雷诺数下的推力系数。 对于空泡水筒或减压拖曳水池中的空泡噪声测试，有必要增加桨叶表面空泡形态稳定性，因为空化 噪声会受空化程度的稳定性的影响。有几种增加空泡稳定性的方法。一种方法是在水中添加诸如氢 微气泡的方式增加气核；另一种方法是在桨叶叶背导边增加粗糙度。 上述针对试验测试条件的一些处理方式，以及每个试验设施对空泡试验中的标准试验程序，如运行 条件中的螺旋桨转速、试验水速、模型尺度、水质等宜详细阐述。 尽管通过足够的空气含量能够增加空化程度的稳定性，但是空泡水筒和拖曳水池在减压时增加了 水中气泡的数量和体积。由于水中气泡会增加声音传播的阻尼而减弱声压，因此在空泡噪声测量中宜 注意空泡水筒和减压拖曳水池中的空气含量。 空气含量有两种定义： 一α/αs：在常压下的空气含量（1个大气压)； 一一（a/αs)rs：在试验段减压后的静水压力下的空气含量。 这两个值彼此不同，因此有必要说明在空泡水筒和减压拖曳水池中空泡噪声测量中使用的空气含 量的定义。
5.1水听器和信号调理设备
为了测量声压，标准水听器、水下电声换能器和水下麦克风均可使用。本文件使用标准水听器。 水
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听器包括信号调理设备，例如水听器内部或外部的前置放大器或电荷放大器。压电型水听器通常用于 测量水下声压。表1列出了水听器的推荐规格及其在试验设施中的安装方法。 测试中可使用单个水听器或多个水听器。为获得可靠的结果，建议使用多个水听器测量。试验设 置中是否包含声源定位取决于测试设施。通常建议至少一个水听器位于螺旋奖所在盘面上。额外的水 听器可沿桨轴中心线布置于桨盘面上游和下游。 宜选择合适的安装方法以减少来流和振动对水听器测量噪声的影响。噪声测量舱中可能产生混响 现象，这取决于水听器的安装方法和水听器布置形式。因此，需要在水听器安装之后通过使用诸如标准 声源等适当的测试方法来评估水听器布置的声场环境。
表 水听器的推荐规格及其安装方法
用本文件中未包括的水听器阵列，能提升噪声指向性的测量，并扫描模型进行声源定位。 听器宜在测试前单独校准，并定期（通常每12个月)根据制造商提供的参考进行校准，例如使用 校准器，或符合IEC60565。8
A/D转换器宜不低于16位的分辨率。建议使用24位分辨率。
5.2.4多通道同步采样
通道数对应于测量水听器的数量，并
为了防止数据混叠，宜在A/D转换之前用低通滤波器 截止频率至少宜为需求中的最高频率
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建议给予对应螺旋桨至少100转的测量时间，以便有足够的数据进行分析。特定值取决于轴转 集时间，在空泡水筒中为10s级，在减压拖曳水池中为100s级
6.1螺旋桨空化噪声测量
进行设置并使用第5章中的噪声测量仪器
由于模型试验设施中测量噪声时的情况与自由场环境不同。对于空泡水筒（槽)，试验段以及噪声 测量舱被水筒(槽)壁包围。噪声测试结果宜考虑壁面引起的多次反射的影响。对于具有自由表面的设 施，还宜评估此自由表面对噪声测量的影响，并在必要时通过声场标定进行声场环境的修正。通常，自 由表面在低频下降低了测量的噪声水平，其影响随着频率的降低而增加。水听器的布置也会引起声反 射，这取决于水听器的安装方法。 为了评估壁面反射对噪声测量的影响，可以在指定的声学中心使用标准发射声源（换能器)进行 校准。
6.3.2虚拟源和输入信号
对于有限空间参考场噪声测量与修正，螺旋桨由虚拟源代替。利用信号发生器与功率放大器能对 虚拟源进行激励，将电信号转换为声压信号。声源强度能通过信号发生器输人电压及电声转换关系计
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算获得。输人电信号可以是宽带的白噪声信号，也可以是线性调频信号，其频率范围宜覆盖所分析的频 率。需要注意的是，由于大多数商业用途的水下换能器的低TVR转换效应，因此难以产生低频信号 低于有效频率范围下限时：参考场宜通过其他方法估算：例如公式（6)中定义的简单几何扩展法。
6.3.3噪声测量条件
在声场环境标定时，试验设施的环境压力宜保持与测量螺旋桨空化噪声时相同，以防止空气含 变化对噪声测量的影响。然而，由于空化噪声测试的马赫数低，能够在试验段及噪声测量舱没有流 青况下进行标定
GB／T 4026-2019标准下载数据后处理和实尺度预报
当第6章给出的噪声声场环境修正已经完成时，需要根据背景噪声水平对试验测量数据进行信噪 比修正，并通过声场修正将声压级转换为声源级。最后，需要按照缩比关系，将模型尺度测量获得的螺 旋桨空化噪声预报到实尺度螺旋桨空化噪声声源级。通常，根据GB/T41311.1一2022和IEC61260 对噪声谱进行三分之一倍频程的计算。当分析离散的线谱噪声时，能够对噪声谱进行窄带（1Hz带宽） 分析。
噪声评估时，声压级是声压的基本量，并且由公式
三分之一倍频程声压的平方； 参考压力，取1μPa。
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L+—螺旋桨空化噪声的声压级； L。一背景噪声的声压级。 如果△L≥10dB，则无需进行调整。如果△L<3dB，则测量的噪声结果由背景噪声主导，无法分 辨，测量数据不可靠。如果3dB≤AL<10dB航道调头圆施工组织设计，需要对噪声测量结果进行修正，按公式(3)进行：
L 旋桨空化的噪声信噪比修正量，以三分之 倍频程计算
L=101g[10(l+a/10 10(b/10)