兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1523-1533.doi: 10.12382/bgxb.2023.0017
收稿日期:
2023-01-06
上线日期:
2023-07-26
通讯作者:
基金资助:
KE Huicheng1, PENG Zilong1,2,*(), ZHOU Fulin3, CHEN Tianbao1
Received:
2023-01-06
Online:
2023-07-26
摘要:
针对螺旋桨静态声散射特性预报问题,采用分层介质声传播理论与离散面元厚度信息相结合的板块元算法,建立变厚度曲面薄板目标声散射特性预报方法。基于面元厚度及材料属性信息求解所有面元的反射系数,进而求得目标的总散射声场。为了提高计算效率,通过单片桨叶网格拓扑克隆的方式实现完整螺旋桨的散射声场预报,并通过有限元和静态声散射特性湖上试验对新的预报方法的准确性进行了验证。研究结果表明:螺旋桨目标强度的频响特性、角度-距离谱以及空间指向性预报值与测试值基本一致。研究结果对水下航行器艉向附近的声散射特性预报具有一定的参考价值。
中图分类号:
柯慧程, 彭子龙, 周富霖, 陈添宝. 船用螺旋桨静态声散射预报方法及特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(5): 1523-1533.
KE Huicheng, PENG Zilong, ZHOU Fulin, CHEN Tianbao. Prediction Method and Characteristics of Static Acoustic Scattering from Marine Propellers[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(5): 1523-1533.
参数 | 取值 |
---|---|
梢圆半径/mm | 261.5 |
盘面比 | 0.507 |
叶片数 | 3 |
螺旋桨后倾角/(°) | 0 |
毂径形状 | 直线型 |
桨毂内径/mm | 67 |
桨毂外径/mm | 81 |
表1 试验螺旋桨基本参数
Table 1 Propeller model basic parameters
参数 | 取值 |
---|---|
梢圆半径/mm | 261.5 |
盘面比 | 0.507 |
叶片数 | 3 |
螺旋桨后倾角/(°) | 0 |
毂径形状 | 直线型 |
桨毂内径/mm | 67 |
桨毂外径/mm | 81 |
r/R | 母线到导 边距离/mm | 切面弦长/ mm | 切面周长/ mm | 最大切面 厚度/mm |
---|---|---|---|---|
0.2 | 67.58 | 135.16 | 274.41 | 7.55 |
0.3 | 82.27 | 164.53 | 332.93 | 6.45 |
0.4 | 97.76 | 195.51 | 394.77 | 5.54 |
0.5 | 109.13 | 218.25 | 440.80 | 4.80 |
0.6 | 113.25 | 226.50 | 458.10 | 4.20 |
0.7 | 110.15 | 220.30 | 446.24 | 3.69 |
0.8 | 98.56 | 197.12 | 401.30 | 3.23 |
0.9 | 74.26 | 148.51 | 302.45 | 2.80 |
0.95 | 52.71 | 105.42 | 215.95 | 2.58 |
1.0 | 2.00 |
表2 单片桨叶切面轮廓尺寸
Table 2 Cut-out profile dimensions of singlepropeller paddle
r/R | 母线到导 边距离/mm | 切面弦长/ mm | 切面周长/ mm | 最大切面 厚度/mm |
---|---|---|---|---|
0.2 | 67.58 | 135.16 | 274.41 | 7.55 |
0.3 | 82.27 | 164.53 | 332.93 | 6.45 |
0.4 | 97.76 | 195.51 | 394.77 | 5.54 |
0.5 | 109.13 | 218.25 | 440.80 | 4.80 |
0.6 | 113.25 | 226.50 | 458.10 | 4.20 |
0.7 | 110.15 | 220.30 | 446.24 | 3.69 |
0.8 | 98.56 | 197.12 | 401.30 | 3.23 |
0.9 | 74.26 | 148.51 | 302.45 | 2.80 |
0.95 | 52.71 | 105.42 | 215.95 | 2.58 |
1.0 | 2.00 |
参数 | 数值 |
---|---|
amax/mm | 206 |
c1/mm | 10 |
c2/mm | 2 |
d1/mm | 88 |
表3 单片桨叶部分参数
Table 3 Parameters for parametric modelling of single propeller blade dimensions
参数 | 数值 |
---|---|
amax/mm | 206 |
c1/mm | 10 |
c2/mm | 2 |
d1/mm | 88 |
全向散射和 前向散射 | 有限元和 板块元 | 网格单元数 | 网格 节点数 | 计算时间/ s |
---|---|---|---|---|
全向散射 | 有限元 | 192303 | 41910 | 2150.5 |
板块元 | 22396 | 11200 | 393.15 | |
前向散射 | 有限元 | 192303 | 41910 | 2034.1 |
板块元 | 22396 | 11200 | 394.64 |
表4 目标强度计算所需时间对比
Table 4 Target strength calculation time comparison
全向散射和 前向散射 | 有限元和 板块元 | 网格单元数 | 网格 节点数 | 计算时间/ s |
---|---|---|---|---|
全向散射 | 有限元 | 192303 | 41910 | 2150.5 |
板块元 | 22396 | 11200 | 393.15 | |
前向散射 | 有限元 | 192303 | 41910 | 2034.1 |
板块元 | 22396 | 11200 | 394.64 |
有限元和板块元 | 网格单元数 | 网格节点数 | 计算时间/s |
---|---|---|---|
有限元 | 1503875 | 292033 | 16069.8 |
板块元 | 80867 | 40645 | 877.7 |
表5 目标强度计算所需时间对比
Table 5 Target strength calculation time comparison
有限元和板块元 | 网格单元数 | 网格节点数 | 计算时间/s |
---|---|---|---|
有限元 | 1503875 | 292033 | 16069.8 |
板块元 | 80867 | 40645 | 877.7 |
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