Page 164 - 《应用声学》2020年第3期
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             1.2 旋转噪声                                          报模型，前期的考虑是将螺旋桨载荷的谐波系数作
                 水下对转螺旋桨属于典型的旋转机械，与气动                          为计算辐射声源的依据，此后又采用升力面理论得
             声学领域中的旋翼类似，其发声均属于旋转噪声研                            到桨叶表面的非定常力作为声源，相比之下提高了
             究范畴，虽然从发声本质上来讲，水下对转螺旋桨的                           声源提取的精度，据此分析了螺旋桨固有的几何参
             旋转噪声属于运动壁面的湍流噪声，但考虑到旋转                            数对于旋转噪声的影响。基于进一步提高桨叶表
             噪声具有鲜明的工程背景，且工程界有针对性地进                            面非定常力提取精度的考虑，面元法被用于提取桨
             行了大量的研究，因此对其旋转噪声预报方法进行                            叶表面的非定常力          [48] 。时域 FW-H 方程虽然方便
             总结。                                               进行数值解析，但存在物理意义不明确的缺点，这
                 正如 1.1 节分析，在水介质中的对转螺旋桨运                       对于解释螺旋桨辐射噪声产生的原因不利，基于
             动均属于低马赫数运动，在声远场条件下，考虑到四                           此，Hanson  [49]  通过对时域 FW-H 方程进行傅里叶
             极子的辐射效率在低马赫数下非常低，因此在工程                            变换得到了频域内螺旋桨辐射噪声计算公式，并且
             预报中通常可以忽略四极子效应。此时，在非空化                            推导得到了航空对转螺旋桨辐射噪声频域预报公
             条件下，水下对转螺旋桨桨叶壁面的湍流边界层脉                            式。Hanson公式具有非常明确的物理意义，能够在
             动压力呈现偶极子属性，辐射效率最高，是主要辐射                           公式中定性分析螺旋桨几何参数对于辐射噪声的
             声源。在空化条件下，水下对转螺旋桨桨叶附近的                            影响   [50] 。国内学者正是基于 Hanson 的思想，给出
             空泡是主要辐射声源，将在1.3节中进行阐述。水下                          了螺旋桨桨叶非定常力源在频域中的处理方法，并
             对转螺旋桨旋转噪声本质上是由前后桨相互干涉                             针对水下对转螺旋桨进行了旋转噪声预报                    [5,19,51] 。
             引起  [5] ，类似于转子-定子的相互作用，事实上，二者                     1.3  对转桨空化噪声
             在发声机制上没有本质的区别。在转子 -定子的发                               对于水下对转螺旋桨而言，空化噪声是非常重
             声机制上，国外学者进行了大量的研究                  [36−40] ，研究    要的噪声源，一旦出现空化，空化噪声往往会占据统
             表明转子 -定子机构的相互作用可以用势流作用和                           治地位。对转螺旋桨的空化噪声来源于桨叶附近空
             粘性作用来描述，其中粘性作用是导致转子-定子机                           化泡的生成与溃灭，空化泡的溃灭会产生高速射流
             构发声的原因，即转子的粘性尾流冲击定子叶片形                            不断冲击桨叶壁面形成空蚀，由此发出强烈的辐射

             成宽带噪声谱。Hanson        [40]  的研究则表明，转子 -定           噪声，空蚀噪声一方面来源于空泡的破裂，另一方面
             子机构的布置顺序不影响宽带噪声谱特征。基于广                            来源于桨叶壁面的声反射效应。空化泡的生成与溃
             泛的工程学背景，转子 -定子更精确的发声特性被                           灭会引起桨叶表面的流体体积变化，从声类比的角
             发现，如低频线谱形成、管道对转子- 定子声辐射影                          度而言属于单极子属性。
             响以及转子 -定子几何参数对于声辐射特性的影响                               对转螺旋桨的空化噪声本质上属于水动力空
             等  [41−44] 。                                      化噪声，对于水动力空化噪声的研究具有重要的
                 水下对转螺旋桨旋转噪声的分析思路与转                            理论与工程意义。国内外学者对于空化噪声从理
             子-定子机构噪声分析基本一致，理论上借鉴简化形                           论和试验的角度进行了大量的研究。最早的尝试
             式下的 Goldstein 方程 ——FW-H 方程。以非空化                   来自于 Reyleigh   [52] ，但其建立的理想球形空泡运
             工况为例，水下对转螺旋桨辐射噪声的预报思路                      [45]   动方程无法描述很小半径的空泡溃灭过程，此后，
             是：首先通过计算流体力学方法 (Computational                     Plesset 等  [53] 、Noltingk 等 [54] 、GilmoreI [55]  修正了
             fluid dynamics, CFD)获取前后桨叶上的非定常力，                  理想球形气泡模型。进一步的研究来自于 Benji-
             然后将非定常力作为声源项代入 FW-H 方程右端，                         amin 等  [56] ，其建立了非球形空泡的运动控制模型，
             利用 Kirchhoff 方法求得水下对转螺旋桨非空化远                       但该模型对于大变形的空泡无法准确描述。
             场辐射声压。在该思路中，相互作用下前后桨叶上                                对于水动力空化噪声更具有工程意义的研究
             的非定常力预报成为关键。事实上，学术界和工程                            是对于有壁面影响的空泡溃灭噪声进行研究。然
             界对于螺旋桨旋转噪声的预报均采用这种思路，代                            而由于问题的复杂性，尚没有对于该问题的解析理
             表性的工作来自于朱锡清等              [19,46−47] ，他们用这种       论。常用的方法主要是数值计算方法                  [57−60] 。水下
             方法分别建立了单桨和对转螺旋桨的旋转噪声预                             对转螺旋桨空化噪声属于典型的有壁面影响的空
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