本發(fā)明屬于船舶振動噪聲測試，具體涉及一種基于激勵源重構(gòu)的水面船舶推進器噪聲預(yù)報方法、裝置、介質(zhì)及程序。

背景技術(shù)：

1、水面船舶的推進器噪聲快速預(yù)報研究對于提升船舶聲隱身性能具有重要意義。了解水面船舶振動及聲學(xué)特性是對其進行減振降噪設(shè)計的前提，目前針對水面船舶推進器噪聲的研究主要是基于計算機的仿真計算，需要浪費大量時間去建模、計算，而且預(yù)報結(jié)果只能在一定程度上反映槳-軸-船的振動及聲學(xué)特性，缺乏試驗數(shù)據(jù)的驗證，難以得到有力支撐。

2、因此提供一種水面船舶槳軸船振動測試及推進器噪聲預(yù)報方法，對于了解水面船舶推進器噪聲至關(guān)重要，從而對水面船舶減振降噪設(shè)計發(fā)展提供支持。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有水面船舶推進器噪聲測試技術(shù)成本高以及準確度低的問題，提供了一種基于激勵源重構(gòu)的水面船舶推進器噪聲預(yù)報方法、裝置、介質(zhì)及程序。

2、本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種基于激勵源重構(gòu)的水面船舶推進器噪聲預(yù)報方法，包括以下步驟：

4、步驟1：確定振動感知點位分布和聲場考核點位置；

5、步驟2：根據(jù)步驟1的振動感知點位分布，確立重構(gòu)源的布置和大??；

6、步驟3：根據(jù)步驟1的聲場考核點位置，獲得重構(gòu)源到聲場考核點的振聲傳遞函數(shù)，并依次編號；

7、步驟4：根據(jù)步驟3的振聲傳遞函數(shù)，基于傳遞函數(shù)不變性原理，建立基于重構(gòu)激勵源的推進器軸系艇體結(jié)構(gòu)耦合振動噪聲預(yù)報方法；

8、步驟5：根據(jù)步驟4，基于能量疊加原理，實現(xiàn)多重構(gòu)源下的槳軸船結(jié)構(gòu)噪聲快速預(yù)報；

9、步驟6：根據(jù)步驟5，判斷推進器的直發(fā)聲相干性，若為強相干，則修正回到步驟3；若為弱相干，則基于聲聲傳遞函數(shù)建立直發(fā)聲噪聲源模型，計算獲得推進器直發(fā)聲下的輻射噪聲，并基于矢量迭加原理，實現(xiàn)計及直發(fā)聲的推進器噪聲的預(yù)報。

10、進一步地，所述步驟1對于槳軸船結(jié)構(gòu)，通過將振動感知點位均勻分布在艉艙結(jié)構(gòu)表面來測量航行器在不同航速和轉(zhuǎn)速下的振動響應(yīng)，并將振動測點依次編號，i＝1：m，測到的振動加速度設(shè)為ap(pj,ω)并以此作為預(yù)報系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入。

11、進一步地，所述步驟2中確立重構(gòu)源的布置：對于水面船舶推進器噪聲，與船體結(jié)構(gòu)主要作用結(jié)構(gòu)位置處建立重構(gòu)源，并對此進行編號，j＝1：k，所述船體結(jié)構(gòu)主要作用結(jié)構(gòu)包括艉軸承、推力軸承和高彈性聯(lián)軸器；

12、確立重構(gòu)源的大?。簩⑼七M器結(jié)構(gòu)看作線性系統(tǒng)，建立重構(gòu)源到船體結(jié)構(gòu)表面振振傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)上激勵源pj的加速度為ap(pj,ω)振動與軸系結(jié)構(gòu)上測點ri的振動加速度響應(yīng)ap(ri,ω)間的相互關(guān)系：

13、ap(ri,ω)＝hvp(ripj,ω)*ap(pj,ω)?(1)

14、式中，hvp(ripj,ω)為激勵點pj及軸系結(jié)構(gòu)測點ri之間維度為m*k的振動傳遞關(guān)系矩陣；

15、引入廣義逆矩陣，并基于最小二乘法對逆矩陣進行修正，求得激勵源向量：

16、ap(pj,ω)＝[[hvp(ripj,ω)]h[hvp(ripj,ω)]]-1[hvp(ripj,ω)]h*ap(ri,ω)??(2)。

17、進一步地，所述步驟3建立聲場考核點，通過在重構(gòu)激勵源施加單位力，基于fem/bem計算得到聲場考核點的輻射聲壓，輻射聲壓除以單位力即得到重構(gòu)激勵源到聲場考核點的振聲傳遞函數(shù)hjpa。

18、進一步地，所述步驟4具體為：

19、根據(jù)水面船舶聲學(xué)原理，推進器主體表面振動速度與其輻射聲功率存在如下關(guān)系：

20、

21、式中，wrad為推進器輻射聲功率，ρc為推進器結(jié)構(gòu)的聲學(xué)阻抗，s為結(jié)構(gòu)水下輻射表面積即推進器濕表面積；σrad為水面船舶輻射效率；為推進器濕表面積均方根振動速度，對重構(gòu)振動響應(yīng)ap(ri,ω)進行換算，實現(xiàn)推進器主體結(jié)構(gòu)的均方根振動速度的重構(gòu)；

22、重構(gòu)激勵源f與主體外表面均方根振動速度之間存在如下關(guān)系：

23、

24、式中，為重構(gòu)源到主體外表面的振振傳遞函數(shù)，a為重構(gòu)源的激勵大小。

25、將式(4)代入上面的式(3)：

26、

27、將輻射聲功率計算公式轉(zhuǎn)換聲壓計算公式，建立起聲壓與重構(gòu)源到聲場考核點的振聲傳遞函數(shù)的關(guān)系，根據(jù)激勵源ap(pj,ω)的大小，通過公式(6)即獲得推進器脈動壓力下的輻射聲壓：

28、

29、其中，p(q)為推進器激勵船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲聲壓，hjpa為重構(gòu)激勵源到聲場考核點的振聲傳遞函數(shù)。

30、進一步地，所述步驟5根據(jù)重構(gòu)激勵源的大小、數(shù)量和結(jié)構(gòu)間的傳遞函數(shù)，將重構(gòu)源與重構(gòu)聲場間的聲振傳遞函數(shù)述為包含實部和虛部信息的復(fù)值函數(shù)，將重構(gòu)源到聲場考核點的聲振傳遞函數(shù)與設(shè)備激勵源通過矩陣運算，實現(xiàn)推力作用下的水下輻射噪聲的快速評估。

31、進一步地，所述步驟6在求解出振動重構(gòu)激勵源的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值仿真的方法計算船舶典型航速及裝載狀態(tài)下推進器不同轉(zhuǎn)速或不同頻率工況時的相干性關(guān)系；

32、當兩者存在強相干性時，利用推進器直發(fā)聲噪聲源引起的艉部結(jié)構(gòu)振動分量對推進器激勵艉部耦合振動重構(gòu)源進行修正，建立考慮船舶航速、吃水深度和推進器轉(zhuǎn)速因素的分布式機械設(shè)備重構(gòu)源與輻射面的振動傳遞關(guān)系；

33、在兩者呈現(xiàn)弱相干情況下，則根據(jù)量級實施差異化方案：當噪聲源量級較大且對聲場特性具有顯著影響時，則借鑒振動源重構(gòu)聲場方法，基于聲聲傳函計算推進器直發(fā)聲引發(fā)的噪聲特性，計算推進器直發(fā)聲噪聲源激勵及其與水下聲場間聲聲傳遞函數(shù)h′n1的矢量積，得到推進器直發(fā)聲噪聲源誘發(fā)的水下聲場特性；相反當噪聲源與振動源間量級差較大時，直接忽略噪聲源對水下聲場的影響；

34、基于矢量迭加原理，按下式獲得計及直發(fā)聲的推進器噪聲：

35、

36、式中,an為計及直發(fā)聲的推進器噪聲聲壓。

37、一種計算機裝置/設(shè)備/系統(tǒng)，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序以實現(xiàn)一種基于激勵源重構(gòu)的水面船舶推進器噪聲預(yù)報方法的步驟。

38、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序/指令，該計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)一種基于激勵源重構(gòu)的水面船舶推進器噪聲預(yù)報方法的步驟。

39、一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序/指令，該計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)一種基于激勵源重構(gòu)的水面船舶推進器噪聲預(yù)報方法的步驟。

40、本發(fā)明的有益效果在于：

41、本發(fā)明提出了一種基于激勵源重構(gòu)的推進器噪聲預(yù)報方法，旨在為船舶推進器噪聲快速預(yù)報提供方法和應(yīng)用裝置，解決船舶實時監(jiān)測推進器軸系振動以及輻射噪聲快速評估的難題。本發(fā)明的一種水面船舶槳-軸-船振動及聲輻射噪聲測試方法，能有效地解決水面船舶振動及聲輻射噪聲的測量問題。本發(fā)明適用于船舶推進器軸系振動監(jiān)測和推進器噪聲快速預(yù)報評估。