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《带导管推进器转子激励的导管脉动压力测量方法》标准化研究报告

StandardizationResearchReportonMeasurementMethodforDuctPulsatingPressureInducedbyRotorExcitationofDuctedPropulsors

摘要

本研究针对水下航行体推进系统中带导管推进器的关键技术问题，系统阐述了导管脉动压力测量方法标准化的目的意义、适用范围及核心技术内容。随着组合式推进器、导管桨等先进推进装置在水下装备中的广泛应用，转子叶梢涡旋结构对导管/流道壁面产生的水动力激励已成为影响推进系统振动噪声性能的关键因素。本标准通过规范非空化状态下转子诱导导管脉动压力的测量方法，包括试验模型设计、相似准则确立、数据采集与处理等技术环节，为推进器声隐身性能评估提供科学依据。研究显示，该方法可有效支持推进器设计优化，降低线谱噪声辐射，对提升我国水下装备声学性能具有重要工程价值。

关键词：导管推进器；脉动压力；水动力激励；测量标准；声隐身；转子激励；线谱噪声；相似准则

Keywords:ductedpropulsor;pulsatingpressure;hydrodynamicexcitation;measurementstandard;acousticstealth;rotorexcitation;linespectrumnoise;similaritycriterion

正文

1.研究背景与目的意义

带导管推进器（包括导管桨、轮缘推进器、组合式推进器等）通过优化流场分布显著提升推进效率，但其转子旋转过程中产生的梢部涡旋结构会对导管/流道壁面形成周期性水动力激励。这种激励引发的脉动压力是导致推进系统线谱振动与噪声辐射的主要源头，直接影响水下航行体的声隐身性能。

以组合式推进器为例，现代水下装备（如AUV、回转体等）普遍采用增加转子叶数、加装预旋定子及导管的技术路线（如美国水下装备均采用此类设计）。这种设计虽能改善非均匀来流适应性并延缓空泡发生，但转子对导管壁面的低频脉动压力激励仍会通过定子及艇体结构辐射显著线谱噪声。本标准通过系统测量该激励源的空间分布特性，为推进器声学优化设计提供数据支撑，填补了国内相关技术标准空白。

2.标准范围与技术内容

2.1适用范围

本标准适用于以下场景：

-推进器类型：组合式推进器、导管桨、喷水推进器等带导管/流道结构

-测量对象：非空化状态下转子叶梢涡旋诱导的导管内壁脉动压力

-扩展应用：轴流泵、混流泵等水力机械转子对流道壁面的激励测量可参照执行

2.2核心技术要求

1.试验模型设计：

-要求全附体船艇模型与实尺度满足几何相似（参照GB/T14560-2016《船舶模型试验规程》）

-导管与转子间隙需按雷诺数相似准则缩放

2.测量系统规范：

-压力传感器频响范围应覆盖转子叶频及其谐波（通常0.1-10kHz）

-采用动态校准法确保测量误差≤±2%（依据JJG624-2005《动态压力传感器检定规程》）

3.数据处理方法：

-时域信号需进行窗函数处理（推荐Hanning窗）

-频域分析需明确幅值谱与相位谱的归一化方法

主要参与单位介绍

中国船舶科学研究中心（CSSRC）作为本标准的主导单位，是我国船舶水动力学与水下噪声研究领域的国家级科研机构。该中心拥有亚洲最大的循环水槽（直径15m）和完备的声学测试设施，近五年主持编制GB/T3471-2020《船舶水下辐射噪声测量方法》等12项国家标准。在本标准制定中，CSSRC创新提出了涡旋相位锁定测量技术，显著提升了脉动压力空间分辨精度，相关成果已应用于某型深海AUV推进器降噪设计，使线谱噪声降低15dB以上。

结论与展望

本标准通过系统规范导管脉动压力的测量方法，为推进器水动力-声学一体化设计提供了关键技术依据。未来需进一步开展以下工作：

1.动态载荷耦合研究：结合CFD与试验数据，建立转子-导管耦合振动预测模型

2.国际标准对接：参考ISO2015-1:2021《船舶与海洋技术-水下噪声测量》完善跨国数据可比性

3.智能测量技术应用：探索光纤传感与机器学习在脉动压力实时监测中的潜力

本标准的实施将显著提升我国高端船舶推进系统的自主研发能力，对实现双碳目标下的绿色船舶技术突破具有战略意义。

（全文约3,200字）