模型泵水下低频辐射噪声测试装置的设计与验证

发布时间：2020-03-14 11:37

【摘要】：为了在设计阶段实现推进泵水下低频辐射噪声的测试与评估,在模型泵水力性能测试装置的基础上,提出了基于矢量声强法的模型泵水下辐射噪声对比测试方法,研制了基于二维圆弧面扫描方式的推进泵模型水下辐射噪声测试装置。测试系统采用两只一维矢量水听器组成测试线阵,实现模型泵水下辐射声功率的测试与计算。系统测试精度通过标准声源进行验证。结果表明:系统测量的绝对误差不大于±2 d B,重复性误差不大于±1.5 d B。该测试装置为推进泵的噪声控制及研究提供了比对测试试验手段和分析基础,也可为其他模型泵的噪声评估提供参考。
【图文】：

示意图,声强法,测量原理,示意图

?m×宽2．6m×深2．7m的非消声水池基本没有吸声性能，而且低频声在传播过程中损耗很小，因此被测对象产生的辐射声波会在水池池壁、池底、水面以及模型表面之间多次反射，，从而在水池中形成辐射直达声波与多次反射的反射声波叠加的干涉场［3］。获取声功率的方法有基于声压测量的混响法和声强测量法。在尺度有限的非消声空间内难以形成有效的低频混响场，因此混响法难以满足低频测量要求［4］。而声强测量法是通过测量包围声源的一个包络面上的声强分布，再通过面积分计算辐射声功率［5-6］。如图1所示，在包络面S内没有吸声材料的情况下，水池壁面的反射声或包络面外其他干扰声进入包络面后仍会从包络面出去，所以，反射声或干扰声的声强在整个包络面上的积分为零，理论上不影响声强测量结果。图1声强法测量原理示意图为了通过声强测量获得声功率，在包络面(下文称为“测量面”)上的离散点测量垂直于该面的法向声强，然后将法向声强幅值与测点对应的面元面积相乘即可计算出通过该面元的声功率;将所有面元的声功率累加，即可得到通过测量面的声功率。应用该方法可以估算模型泵的辐射声功率级［7］。1．2声强测量方法水下辐射声强测量主要有:①基于互谱法的双水听器声强测量法;②应用组合式矢量水听器的矢量声强测量法［8］。双水听器声强测量法是将2个常规的声压水听器相对放置，组成一个水听器组，利用互谱法计算出水听器组中心位置的声强。其声强计算误差取决于2个水听器的间距与上限频率对应的波长之比。当水听器间距不变时，测量频率越低，2个水听器测量信号的相位差越小，从而导致声压梯度的信噪比下降、测量误差增大。因此，双水听器声强测量法并不适用于低频噪声的测量，难以?

示意图,测量面,半圆柱,示意图

缬胂低车男痴衿德剩噘哂辛己玫牡?频性能;能抑制各向均匀同性噪声，可测量信噪比－6dB以下的信号，具有很强的低信噪比测量能力;当矢量水听器的尺寸与测量波长相比很小时，其指向性与频率无关，并呈“8”字形或余弦形，低频的接收性能特别突出，便于实现测量阵列的小型化［12-13］。综上可见，在进行低频测量时，双水听器声强测量法具有很大的局限性，而矢量声强测量法可以有效减少低频噪声的干扰，具有不可替代的优势。1．3声强测量技术根据喷水推进泵模型水力试验台测试段的布局，测量面设计为半圆柱面，如图2所示。推进泵试验模型的标称直径为300mm，测量面半径不小于700mm。为了减少声泄漏，半圆柱形测量面的长度不小于1m。图2半圆柱形测量面示意图对于半圆柱形测量面，可采用的测量技术有离散声强测量技术和阵列扫描声强测量技术。采用离散声强测量技术时，水听器阵列根据测量面的面元划分固定布置。水听器间距与波长之比愈小则测量误差愈小;但间距过小时，水听器之间的声散射效应又会导致测量结果偏离自由声场结果。因此，水听器的布置密度不仅会影响装置成本，而且会影响测试精度，但目前尚无法准确计算测点密度减小所带来的误差。根据Shirahatti等［14］的研究结果，可大致推断测点密度每减少50%，测量误差相应提高约3dB。阵列扫描声强测量技术可采用的扫描方式有一维阵列扫描和二维阵列扫描，如图3(a)所示，一维阵列扫描方式是在半圆弧上均匀布放矢量水昕器，通过水平方向的机械扫描覆盖测量面。系统沿轴向的测点密度由电动机步距决定，扫描间隔通过控制器进行设置。因此，一维阵列扫描方式的测量精度由圆弧上固定水71

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