喷水推进器水下辐射噪声的数值计算

    随着喷水推进器在高性能舰船上的广泛应用，喷水推进器的水下辐射噪声也受到了越来越广泛的重视。喷水推进水器下辐射噪声数值预报可为喷水推进舰船在方案设计阶段的科学论证提供定量参考数据。

1 喷水推进器噪声机理及传播路径

    喷水推进水下辐射噪声划分为两类：宽带噪声和窄带噪声。前者是由随机压力脉动所引起，后者是由周期性压力脉动所引起。

    根据瑞典皇家哥德堡船模实验池（SSPA）研究报告和对喷水推进器辐射噪声的机理、传播路径进行分析可知，喷水推进器水下辐射噪声有三个传播路径（见图1）：路径1为喷泵内流场脉动压力所引起叶轮、轴系的振动通过轴系支撑传递至船体尾部，从而激起水下辐射噪声（图1中Bearing forces曲线所示）；路径2为喷泵内流场脉动压力激起的流道和导叶的振动传递到船体，再激起水下辐射噪声（图1中Pressure pulses曲线所示）；途径3为喷泵流体声源经流道直接辐射到水中（图1中Directly  radiated曲线所示）的直接辐射噪声。图1（出自于文献1）表述了上述三个途径传递的噪声分量对水下辐射噪声的贡献。可以看出，直接辐射噪声决定了全频段的总噪声级水平，它是主要噪声源。

图1 喷水推进器三个不同的传播途径对总噪声的贡献

    喷水推进器水下辐射噪声的产生机理主要是因为叶轮的叶背和叶面之间存在压差（通常称为负载噪声），负载噪声可等价于偶极子声源。在用声学边界元计算喷水推进器的水下辐射噪声时首先要计算喷水推进器固体壁面的噪声源强分布。流道作为静止壁面，其表面的脉动量和旋转叶轮表面的脉动量相比是一小量可忽略不计，因此本研究仅计算喷泵泵本体过流壁面脉动声源对辐射声场的贡献。

2 喷水推进器数水下辐射噪声计算思路及方法

    本研究采用了与瑞典皇家哥德堡船模实验池相同的思路和数值计算方法来预报实尺度喷水推进器水下辐射噪声的主要噪声源—直接辐射噪声。首先计算得到喷泵本体的噪声源分布（主要是叶轮、导叶、轮毂及泵壳内壁面的表面偶极子），然后计算该噪声源经进水流道、流道进水口向水中远场的传播。本研究采用声学边界元方法计算声场在流道内的逆流传播以及经流道进口向远场水域的辐射噪声。

    声学边界元法计算喷水推进器的水下辐射噪声具体步骤是：

    （1）船舶及其喷水推进器的水动力性能的非定常流场计算，即“船体+喷水推进泵+进水流道”带自由液面的数值自航；