模拟舰船模型气泡尾流的声学特性试验研究.pdf

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1、NAVALARCHITECTUREANDOCEANENGINEERING船舶与海洋工程2016年第32卷第5期（总第111期）DOI：10.14056/j.cnki.naoe.2016.05.004模拟舰船模型气泡尾流的声学特性试验研究刘竹青，马琳，陈奕宏，张军（中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082）摘要：利用建立的舰船模型气泡尾流模拟装置和气泡尾流声学测量方法，在150m长的拖曳水池中针对某快艇模型开展模拟舰船模型气泡尾流的声学特性试验研究。利用相距0.4m的2个水听器测量9~200kHz频段内声波穿过舰船模型尾流后的声速系数和

2、声衰减系数，得到不同喷气量、不同航速下的舰船模型尾流中气泡的声学特征；通过反演算法得到不同喷气量、不同航速下的舰船模型尾流中的气泡密度分布特征。通过实验室测量得到：气泡量的大小对声衰减影响较明显，随着喷气量增加，声衰减系数明显增加，声传播的速度略有降低；舰船模型尾流中主要存在110m以下的微气泡，随着航速升高，60m以下的气泡的密度明显增大。该研究验证了利用声学方法建立气泡尾流测量系统的可行性。关键词：舰船尾流；声学特性；试验研究中图分类号：U674.701;U661.71文献标志码：A文章编号：2095-4069(2016)05-

3、0021-05ExperimentalStudyoftheAcousticCharacteristicsofBubblesintheSimulatedWakeofShipModelLIUZhu-qing,MALin,CHENYi-hong,ZHANGJun（ChinaShipScientificResearchCenter,Wuxi214082,China）Abstract:Amodeltestofspeedboatwascarriedoutwiththeshipmodelwakesimulatedequipmentina150mtow

4、ingtankbasedontheacousticmeasurementmethodofbubblesintheshipmodelwake.Thesoundvelocitycoefficientandsoundattenuationcoefficientofthesoundwavethroughthemodelwakeweremeasuredwithtwoacousticsensorsinadistanceof0.4mviaawidefrequencyfrom9kHzto200kHz,andthebubbledistributionin

5、differentjetflowanddifferentshipspeedwasinvestigatedusinginversionmethod.Theresultshowedthatsoundattenuationreliesgreatlyonthenumberofbubblesandmicrobubbleswithin110mweremainlyintheshipmodelwake.Whenthejetflowincreased,thesoundattenuationcoefficientincreasedandthesoundv

6、elocitydecreased,whereastheshipspeedincreased,thebubbleswithin60mincreasedapparently.Thestudyprovesthattheacousticmeasurementisfeasible.Keywords:shipwake;acousticcharacteristic;testresearch0引言舰船在航行过程中，受螺旋桨叶片上产生的空泡、海面波浪的翻卷和破碎、从吃水线卷入的空气及波浪和风等相互作用产生的气泡卷入的影响，会在船尾形成一条含有大量气泡的

7、气幕带，这就是常说的气泡尾流。尾流中的气泡数量巨大、直径不同，其中，大气泡会较快地浮升至水面破裂消失，而一些微小的气泡可以在海水中存留十几分钟甚至几十分钟。除了明显的气泡沫和湍流特征以外，通过肉眼直接观测不能收稿日期：2015-10-08基金项目：总装预研项目（略）作者简介：刘竹青，女，高级工程师，1982年生。2008年毕业于哈尔滨工程大学信号与信息处理专业，现从事推进器噪声专业相关工作。22船舶与海洋工程2016年第5期揭示舰船气泡尾流的其他物理特征。根据舰船气泡尾流所具有的不同物理效应，舰船尾流场可分为声尾流场、光尾流场、热尾流场

8、、气泡尾流场、磁尾流场和浑浊度尾流场等。舰船尾流中的气泡对声波的传播影响很大，声频信号穿过气泡流时，水中的气泡对声波有衰减作用，[1]并改变声波传播的参数；利用气泡对声信号传播的影响，可以对舰船的气泡尾流特