【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空气动力学噪声领域，具体涉及一种空气和水介质中圆柱流致噪声的数据换算方法。
技术介绍
1、圆柱流致噪声问题在航空航天、航海、水力工程、风工程等领域都广泛的存在。水下航行器的缆绳系留杆以及天线凸起等圆柱结构会引起明显的流致噪声，而此类圆柱流致噪声是航行器水动力噪声的重要组成部分。流体流经圆柱表面时，圆柱后方的交替涡脱落在圆柱表面产生正负环量，引起周期性的压力波动，是典型的偶极子声源。
2、针对水动力噪声常规研究方法包括水洞试验、自航模试验等，水洞试验平台尺度相对较小、背景噪声大，外场试验受外界自然环境影响干扰较大等因素都限制了相关机理研究与噪声控制技术发展。空气在马赫数小于0.3时可不考虑压缩性影响，与水介质具有一定物理相似性，这为在风洞中开展水动力噪声试验研究奠定了基础。而且声学风洞还具有尺度大、背景噪声低、测试手段丰富、试验成本低等优势，利用声学风洞进行圆柱流致噪声的研究是一种可行且有效的研究手段。
3、就目前研究进展看，两种介质间圆柱表面的流致噪声换算研究还仅局限于固定模型定常力学性能以及周期运动模型非定常力学性能的实验数据对比分析上，对于固定模型的非定常特征（如模型表面脉动压力，主要体现声源特征）以及远场流致噪声在空气与水中的相互换算问题则尚未有成熟的研究与方案，空气和水中流致噪声数据无法相互转化。现有理论无法将风洞中的圆柱流致噪声换算到水下的圆柱流致噪声。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种空气和水介质中圆柱流致噪声的数据换算方法，用
2、目的一：将空气中某一流速圆柱流致噪声换算到水下某一流速圆柱流致噪声；
3、目的二：将水下某一流速圆柱流致噪声换算到空气中某一流速圆柱流致噪声；
4、目的三：将空气/水下某一流速下的圆柱流致噪声换算到另一流速下圆柱流致噪声。
5、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
6、一种空气和水介质中圆柱流致噪声的数据换算方法，包括以下步骤：
7、步骤一：获取低马赫数下圆柱声源—远场流致噪声无因次传递函数；
8、通过对声学波动方程进行无因次化，求解引入圆柱表面边界条件下的无因次声学波动方程，建立圆柱表面脉动压力场和远场声场之间的数学关系，最终推导得到圆柱声源—远场噪声的无因次传递函数。
9、步骤二：拟合圆柱表面半经验声源模型；
10、通过圆柱势流理论，解释圆柱表面脉动压力产生机理，揭示圆柱尾流场、脉动压力场之间的内在联系，获得圆柱模型的初步声源表达函数形式。根据试验测量和高精度数值仿真，拟合得到初步声源表达函数中的半经验参数，最终得到圆柱表面半经验声源模型。
11、步骤三：结合圆柱半经验声源模型与声源—远场噪声的无因次传递函数得到的圆柱辐射噪声功率谱，利用声压级模型建立空气和水介质中圆柱流致噪声的数据换算模型；模型如下：
12、
13、其中：下标1,2分别表示两种介质或同种介质不同工况，表示圆柱的流致噪声声压级，为流体密度，为来流速度，为圆柱直径，为圆柱展长，为该流体中声速，为雷诺数，为马赫数， 为斯特劳哈尔数，为频谱角频率，为噪声接收点与圆柱中心距离，为垂直于来流和展向构成平面的直线与声源接收点到圆柱中心直线的夹角，为圆柱展向直线与声源接收点到圆柱中心直线的夹角为圆柱表面无因次脉动压力均方根值，为声源发声效率相关函数。
14、在上述技术方案中，包括以下步骤：
15、s1：在圆柱雷诺数范围为21500~80000，马赫数小于0.3的条件下，获取空气与水中圆柱的辐射噪声；
16、s2：通过引入特征速度、特征尺度、特征频率相关参数，对fw-h方程进行无因次化；
17、s3：在s2中得到的方程中引入自由空间格林函数，带入圆柱表面边界条件包括圆柱直径与展长，计算得到圆柱声源与远场噪声传递函数；
18、s4：对圆柱表面脉动压力时域信号进行数据处理，得到脉动压力流向与展向的相关性尺度、特征频率、脉动压力均方根，拟合得到半经验声源模型；
19、s5：将s3中的远场噪声传递函数与s4的半经验声源模型进行结合，获取声源发声效率相关函数；
20、s6：通过s5中的声源发声效率相关函数和s2中特征速度、特征尺度、特征频率相关参数，计算得到关于雷诺数、斯特劳哈尔数以及马赫数的圆柱辐射噪声功率谱；
21、s7：将s6获取到的圆柱辐射噪声功率谱结合声压级参数进行处理，建立空气和水介质中圆柱流致噪声的数据换算模型。
22、在上述技术方案中，包括以下步骤：
23、a1：在空气中进行圆柱流致噪声测量，得到圆柱流致噪声时域数据，同时记录空气中的初始数据；
24、a2：对a1中初始数据进行预处理，得到空气中的圆柱流致噪声参数；
25、a3：将a1中的空气中的初始数据以及a2中的圆柱流致噪声参数带入声源发声效率相关函数，得到空气中声源发声效率相关函数结果；
26、a4：确定水介质中所需换算的圆柱流致噪声初始数据；
27、a5：对a4得到的水下初始数据进行预处理，得到水下圆柱流致噪声参数；
28、a6：将a4得到的水下初始数据与a5 得到的水下圆柱流致噪声参数带入声源发声效率相关函数，得到水下声源发声效率相关函数结果;
29、a7：将a1-a6得到的所有参数输入到空气和水介质中圆柱流致噪声的换算模型中，得到水下圆柱流致噪声声压级，完成空气和水介质中圆柱流致噪声的数据换算。
30、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
31、本专利技术通过建立的换算模型，实现了空气和水介质中圆柱流致噪声数据的准确换算，具有换算准确可靠的特点，拓宽了圆柱流致噪声数据的应用范围，为水下声学测量和噪声控制提供了新的技术手段
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1.一种空气和水介质中圆柱流致噪声的数据换算方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种空气和水介质中圆柱流致噪声的数据换算方法，其特征在于包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种空气和水介质中圆柱流致噪声的数据换算方法，其特征在于包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种空气和水介质中圆柱流致噪声的数据换算方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种空气和水介质中圆柱流致噪声的数...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒲汲君，李冯杰，蒋树杰，郭小坤，章荣平，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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