本實(shí)用新型涉及一種水下航行器的大比例推進(jìn)器模型的直發(fā)聲聲學(xué)試驗(yàn)裝置，屬于水下航行器推進(jìn)器噪聲控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

水下推進(jìn)器噪聲是水下航行器噪聲控制的主要關(guān)注對(duì)象之一。它包括了推進(jìn)器的直發(fā)聲及其激起船體的聲輻射。其中推進(jìn)器的直發(fā)聲是決定性的，因?yàn)橥七M(jìn)器激起船體產(chǎn)生的聲輻射與推進(jìn)器產(chǎn)生的非定常力密切相關(guān)，該非定常力也可以從推進(jìn)器的直發(fā)聲中根據(jù)動(dòng)態(tài)力與聲輻射的關(guān)系間接獲得。推進(jìn)器直發(fā)聲的試驗(yàn)一般采取兩種技術(shù)途徑。一是用實(shí)船試驗(yàn)進(jìn)行，二是用比例模型試驗(yàn)進(jìn)行。考慮到實(shí)船試驗(yàn)中機(jī)械噪聲和水動(dòng)力噪聲難以有效分離，并且希望在設(shè)計(jì)階段即得到推進(jìn)器噪聲特性的評(píng)估，因此一般用模型試驗(yàn)進(jìn)行水下推進(jìn)器噪聲的評(píng)估?，F(xiàn)有的技術(shù)一般是在循環(huán)水槽中進(jìn)行小比例模型試驗(yàn)(如：加速旋轉(zhuǎn)螺旋槳噪聲測試水洞試驗(yàn)研究兵工學(xué)報(bào),2010年12期)。在循環(huán)水槽中進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，因?yàn)檠h(huán)水槽中截面積較小，首先推進(jìn)器的比例不可能太大，其次是由于低頻測量的困難導(dǎo)致有效噪聲測量頻段較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種大比例推進(jìn)器模型的直發(fā)聲試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置可以試驗(yàn)不同比例的推進(jìn)器模型，可在大型水池以及湖上進(jìn)行試驗(yàn)，直接測得遠(yuǎn)場輻射噪聲；該試驗(yàn)裝置的測試結(jié)果重復(fù)性好、測試周期短及成本低。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種大比例推進(jìn)器模型的直發(fā)聲試驗(yàn)裝置，所述試驗(yàn)裝置包括雙向張緊拖曳設(shè)備、水面無動(dòng)力船、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、動(dòng)力電纜、操控及數(shù)據(jù)處理設(shè)備、水聽器陣、推進(jìn)器模型、主軸系、非水密殼體、水密殼體、傳感器、支撐件、剛度連接件及電動(dòng)機(jī)；

所述水聽器陣是由水聽器在垂直水平面方向上均勻分布形成的半圓柱面，在水平面上的投影為半圓形；

傳感器以及電動(dòng)機(jī)安裝在水密殼體的內(nèi)部，水密殼體與非水密殼體固定連接；推進(jìn)器模型在非水密殼體的外部且通過主軸系與電動(dòng)機(jī)連接，主軸系通過與水密殼體外表面固定連接的支撐件進(jìn)行支撐；水聽器陣布放在推進(jìn)器模型的后面并通過與水面無動(dòng)力船連接進(jìn)行固定，用于采集推進(jìn)器模型的遠(yuǎn)場輻射噪聲；剛度連接件的一端穿過非水密殼體與水密殼體固定連接，另一端與水面無動(dòng)力船的底面鉸連，保證非水密殼體在水平方向上運(yùn)動(dòng)；水面無動(dòng)力船的前后兩端分別與雙向張緊拖曳設(shè)備連接，并由操控及數(shù)據(jù)處理設(shè)備控制雙向張緊拖曳設(shè)備對(duì)水面無動(dòng)力船施加的力；動(dòng)力電纜一端與電動(dòng)機(jī)連接，穿過剛度連接件后與水面無動(dòng)力船前端的雙向張緊拖曳設(shè)備中的纜繩集成在一起，另一端與外部的電源連接，并由操控及數(shù)據(jù)處理設(shè)備控制輸送給電動(dòng)機(jī)的電流和電壓；數(shù)據(jù)采集設(shè)備安裝在水面無動(dòng)力船內(nèi)部，采集水聽器以及傳感器產(chǎn)生的信號(hào)，并將采集的信號(hào)通過無線發(fā)射的方式傳遞給操控及數(shù)據(jù)處理設(shè)備；操控及數(shù)據(jù)處理設(shè)備接收到所述信號(hào)后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理，得到推進(jìn)器模型直發(fā)聲的遠(yuǎn)場輻射噪聲特性。

所述主軸系包括主軸、推力軸承及離合器；主軸穿過推力軸承，主軸的一端與推進(jìn)器模型固定連接，另一端與離合器固定連接；通過離合器實(shí)現(xiàn)主軸系與電動(dòng)機(jī)的連接或斷開；支撐件與位于非水密殼體內(nèi)部且在水密殼體外部的主軸固定連接；水聽器陣的對(duì)稱中心點(diǎn)在主軸的延長線上。

優(yōu)選的，水密殼體內(nèi)部安裝電機(jī)減振機(jī)構(gòu)，電機(jī)減振機(jī)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)接觸，對(duì)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)進(jìn)行高效減振，使電動(dòng)機(jī)引起的水下輻射噪聲遠(yuǎn)低于推進(jìn)器噪聲。

所述非水密殼體是由阻尼系數(shù)不小于1％的復(fù)合材料制成的。

所述水密殼體的一階固有頻率遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的軸頻以及推進(jìn)器模型的葉頻。

優(yōu)選的，所述水密殼體采用厚度不小于10mm的鋼材制成；水密殼體的內(nèi)部敷設(shè)阻尼材料，抑制其高頻振動(dòng)。

所述電動(dòng)機(jī)的功率密度不小于2kW/kg。

優(yōu)選的，所述剛度連接件的橫剖面為流線型，控制流體噪聲；外表面敷設(shè)阻尼材料，抑制其振動(dòng)。

所述水面無動(dòng)力船的排水量不小于50噸。

所述推進(jìn)器模型的尺寸與實(shí)船用推進(jìn)器的尺寸比例為1:4～20。

有益效果：

(1)本實(shí)用新型所述的試驗(yàn)裝置中，采取使用高阻尼系數(shù)的復(fù)合材料非水密殼體、厚度不小于10mm的水密殼體、電機(jī)減振機(jī)構(gòu)、橫剖面為流線型的剛度連接件以及在相關(guān)組件上敷設(shè)阻尼材料等措施，抑制所述試驗(yàn)裝置中部件自身產(chǎn)生的振動(dòng)以及噪聲，因此所述試驗(yàn)裝置可以得到較為純凈的推進(jìn)器直發(fā)聲數(shù)據(jù)。

(2)本實(shí)用新型所述的推進(jìn)器模型，可以根據(jù)實(shí)船用推進(jìn)器按照不同的縮小比例進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)行一系列比例模型的試驗(yàn)；該試驗(yàn)裝置適用于在大型水池以及湖水上進(jìn)行試驗(yàn)，由于試驗(yàn)水域尺度較大，在推進(jìn)器模型周圍存在著直達(dá)聲占優(yōu)的區(qū)域，所以可以得到從低頻到高頻全頻段內(nèi)的推進(jìn)器直發(fā)聲的遠(yuǎn)場輻射噪聲。

(3)本實(shí)用新型所述試驗(yàn)裝置，拆掉推進(jìn)器模型，可以對(duì)非水密殼體組成的水下結(jié)構(gòu)進(jìn)行流激噪聲的試驗(yàn)；本實(shí)用新型所述試驗(yàn)裝置的測試結(jié)果重復(fù)性好、測試周期短以及成本低。

附圖說明

圖1為實(shí)施例所述的水下推進(jìn)器大比例模型的直發(fā)聲試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-水聽器陣，2-推進(jìn)器模型，3-非水密殼體，4-水密殼體，5-電動(dòng)機(jī)，6-動(dòng)力電纜，7-剛度連接件，8-主軸，9-推力軸承，10-離合器，11-支撐件，12-傳感器，13-電機(jī)減振機(jī)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種大比例推進(jìn)器模型的直發(fā)聲試驗(yàn)裝置，所述試驗(yàn)裝置包括雙向張緊拖曳設(shè)備、水面無動(dòng)力船、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、動(dòng)力電纜6、操控及數(shù)據(jù)處理設(shè)備、水聽器陣1、推進(jìn)器模型2、主軸系、非水密殼體3、水密殼體4、傳感器12、支撐件11、剛度連接件7、電動(dòng)機(jī)5及電機(jī)減振機(jī)構(gòu)13；

所述水聽器陣1是由水聽器在垂直水平面方向上均勻分布形成的半圓柱面，在水平面上的投影為半圓形；所述推進(jìn)器模型2的尺寸與實(shí)船用推進(jìn)器的尺寸比例為1:10；

所述非水密殼體3是由高阻尼系數(shù)的復(fù)合材料制成；所述水密殼體4是由厚度為15mm的鋼材制成的，其內(nèi)部敷設(shè)阻尼材料，且水密殼體4的一階固有頻率遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)5軸頻以及推進(jìn)器模型2葉頻；所述主軸系主要由主軸8、推力軸承9及離合器10組成；所述電動(dòng)機(jī)5的功率密度為2kW/kg；所述水面無動(dòng)力船的排水量為50噸，非水密殼體3組成的水下結(jié)構(gòu)的排水量為20噸；所述剛度連接件7的橫剖面為流線型，外表面敷設(shè)阻尼材料；

傳感器12、電動(dòng)機(jī)5以及電機(jī)減振機(jī)構(gòu)13安裝在水密殼體4的內(nèi)部，電機(jī)減振機(jī)構(gòu)13與電動(dòng)機(jī)5接觸，水密殼體4與非水密殼體3固定連接；主軸8穿過推力軸承9，主軸8的一端與非水密殼體3外部的推進(jìn)器模型2固定連接，另一端與離合器10固定連接，通過離合10實(shí)現(xiàn)主軸與電動(dòng)機(jī)5的連接或斷開；支撐件11的一端與位于非水密殼體3內(nèi)部且在水密殼體4外部的主軸8固定連接，另一端與水密殼體4外表面固定連接；水聽器陣1布放在推進(jìn)器模型2的后面并通過與水面無動(dòng)力船連接進(jìn)行固定，且水聽器陣1的對(duì)稱中心點(diǎn)在主軸8的延長線上，用于采集推進(jìn)器模型2的遠(yuǎn)場輻射噪聲；剛度連接件7的一端穿過非水密殼體3與水密殼體4固定連接，另一端與水面無動(dòng)力船的底面鉸連，保證非水密殼體3在水平方向上運(yùn)動(dòng)；水面無動(dòng)力船的前后兩端分別與雙向張緊拖曳設(shè)備連接，并由操控及數(shù)據(jù)處理設(shè)備控制雙向張緊拖曳設(shè)備對(duì)水面無動(dòng)力船施加的力；動(dòng)力電纜6一端與電動(dòng)機(jī)5連接，穿過剛度連接件7后與水面無動(dòng)力船前端的雙向張緊拖曳設(shè)備中的纜繩集成在一起，另一端與外部的電源連接，并由操控及數(shù)據(jù)處理設(shè)備控制輸送給電動(dòng)機(jī)5的電流和電壓；數(shù)據(jù)采集設(shè)備安裝在水面無動(dòng)力船內(nèi)部，采集水聽器以及傳感器產(chǎn)生的信號(hào)，并將采集的信號(hào)通過無線發(fā)射的方式傳遞給操控及數(shù)據(jù)處理設(shè)備；操控及數(shù)據(jù)處理設(shè)備接收到所述信號(hào)后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理。

本實(shí)施例所述試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)步驟如下：

(1)首先根據(jù)需要的推進(jìn)器模型2的最大推力、尺寸、重量、功率以及轉(zhuǎn)速，確定水面無動(dòng)力船參數(shù)、主軸系參數(shù)、電動(dòng)機(jī)5參數(shù)以及雙向張緊拖曳設(shè)備參數(shù)；

(2)根據(jù)電動(dòng)機(jī)5參數(shù)確定電機(jī)減振機(jī)構(gòu)13的參數(shù)以及水密殼體的厚度；

(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)象設(shè)計(jì)制造非水密殼體3，非水密殼體3的艉部線型與實(shí)船艉部線型相似；

(4)裝配所述試驗(yàn)裝置，然后對(duì)這個(gè)試驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試完畢后進(jìn)行試驗(yàn)；

(6)然后拆掉推進(jìn)器模型2，系統(tǒng)按設(shè)定速度進(jìn)行拖曳，測量系統(tǒng)此時(shí)的噪聲；

(5)再斷開離合器10，系統(tǒng)靜置，測試電動(dòng)機(jī)5空載下的水下輻射噪聲；

(6)分析電動(dòng)機(jī)5噪聲及系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的背景噪聲是否滿足要求；如果不滿足，則進(jìn)行整改，重復(fù)上述步驟，直至滿足試驗(yàn)需求；根據(jù)分析測試的數(shù)據(jù)，得到推進(jìn)器模型2直發(fā)聲的遠(yuǎn)場輻射噪聲特性。

改變推進(jìn)器模型的尺寸，重復(fù)上述試驗(yàn)步驟，可以測得不同比例的推進(jìn)器模型的遠(yuǎn)場輻射噪聲特性。

綜上所述，以上僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。