張明宇，林瑞霖，王永生，彭云龍

（海軍工程大學(xué) 動(dòng)力工程學(xué)院，武漢430033）

0 引 言

隨著反潛能力的大幅度提升，潛艇對(duì)降噪隱身技術(shù)方面的要求日益迫切[1]。除了大力發(fā)展消聲材料和水聲對(duì)抗設(shè)備外還應(yīng)充分考慮噪聲源的控制。推進(jìn)器葉片的旋轉(zhuǎn)噪聲周期性強(qiáng)，低頻強(qiáng)線譜噪聲強(qiáng)度大、輻射距離遠(yuǎn)且暴露在艇外直接向水中輻射噪聲，是水聲器材最易檢測(cè)到的主要聲源之一[2]。因此，研究推進(jìn)器水下輻射噪聲的聲場(chǎng)特性對(duì)提高潛艇隱身性至關(guān)重要。潛艇對(duì)新型低噪聲推進(jìn)器日益緊迫的需求和技術(shù)開(kāi)發(fā)催生了泵噴推進(jìn)器。泵噴推進(jìn)器特別是無(wú)軸泵噴（即集成電機(jī)泵噴推進(jìn)器）與7葉大側(cè)斜螺旋槳相比具有較低的水下輻射噪聲、更高的臨界航速和推進(jìn)效率。早在2005年，何東林等人[3]便已通過(guò)CFD手段著手泵噴的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。目前，英國(guó) Trafalgar級(jí)、Vanguard級(jí)、Astute級(jí)核潛艇，法國(guó)LeTriomphant級(jí)核潛艇、美國(guó)Seawolf級(jí)、Virginia級(jí)核潛艇等諸多潛艇已陸續(xù)采用泵噴推進(jìn)器取代了7葉大側(cè)斜螺旋槳[3-4]。對(duì)潛艇而言，當(dāng)潛深較大時(shí)，壓力較大使空泡噪聲得到有效的控制，相反無(wú)空泡噪聲卻不能因此而得到有效改善，因此這方面的研究具有相應(yīng)的工程應(yīng)用意義。

泵噴推進(jìn)器在潛艇上的應(yīng)用較為前沿，無(wú)軸泵噴的應(yīng)用更為少見(jiàn)，因此對(duì)潛艇無(wú)軸泵噴推進(jìn)器水下輻射噪聲的數(shù)值預(yù)報(bào)研究者較少，但在水泵噪聲預(yù)報(bào)方面的文獻(xiàn)相對(duì)較多，有很好的借鑒意義。2011年，袁壽其等人[5]基于“CFD（DES）+Lighthill”方法通過(guò)軟件SYSNOISE5.6應(yīng)用直接邊界元法（DBEM）數(shù)值預(yù)報(bào)了離心泵誘導(dǎo)噪聲。同年，譚永學(xué)等人[6]也做了類似研究。王宏光等人[7]通過(guò)軟件Fluent和Virtual Lab在考慮泵殼振動(dòng)和不考慮泵殼振動(dòng)兩種情況下對(duì)軸流泵的噪聲特性進(jìn)行了數(shù)值預(yù)報(bào)和對(duì)比。2013年，劉鑫等人[8]基于混合模擬方法，在考慮到流固耦合的基礎(chǔ)上研究了葉片周向后彎對(duì)軸流泵水力特性及安靜性的影響。同年，趙威等人[9]基于CFD大渦模擬和Lighthill聲比擬的混合方法預(yù)報(bào)了離心泵蝸殼內(nèi)部湍流噪聲。2011年，劉敏等人[10]采用有限元法對(duì)泵噴推進(jìn)器進(jìn)行了特征點(diǎn)頻譜、聲場(chǎng)指向性分析，總結(jié)了導(dǎo)管長(zhǎng)短對(duì)低、高頻噪聲的影響。2016年，付建等人[11]基于邊界元方法和點(diǎn)聲源理論對(duì)常規(guī)泵噴水下輻射噪聲進(jìn)行了數(shù)值預(yù)報(bào)。

潛艇、蛙人運(yùn)輸器等水下航行器航速較低，推進(jìn)器轉(zhuǎn)速較小，可實(shí)現(xiàn)無(wú)空化運(yùn)轉(zhuǎn)。牟介剛等人[12]指出無(wú)空化時(shí)泵噴負(fù)載噪聲為主要噪聲源，因此本文只對(duì)伴流場(chǎng)中泵噴推進(jìn)器的負(fù)載噪聲進(jìn)行數(shù)值預(yù)報(bào)。這同螺旋槳相似，無(wú)空化非均勻進(jìn)流時(shí)，螺旋槳輻射噪聲主要為槳葉非定常負(fù)載所致的流場(chǎng)壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的偶極子噪聲（負(fù)載噪聲）。本文以某無(wú)軸泵噴推進(jìn)器為對(duì)象，抽離其轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件單獨(dú)預(yù)報(bào)輻射聲場(chǎng)以衡量其各自的聲場(chǎng)特點(diǎn)及對(duì)總噪聲級(jí)貢獻(xiàn)量，并由各單部件復(fù)數(shù)疊加計(jì)算出泵噴整體寬帶聲壓級(jí)，與以泵噴整體為對(duì)象的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，吻合較好，對(duì)無(wú)軸泵噴的水下輻射聲場(chǎng)預(yù)報(bào)有一定的工程指導(dǎo)意義。

1 常規(guī)泵噴和無(wú)軸泵噴結(jié)構(gòu)及工作原理

常規(guī)泵噴由原動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)軸系驅(qū)動(dòng)，主要由剖面為機(jī)翼形的環(huán)狀導(dǎo)管、轉(zhuǎn)子和定子三部分構(gòu)成，轉(zhuǎn)子將水流由艇體側(cè)吸入向艇尾方向排出，定子用于整流，定子安裝角可使定子吸收轉(zhuǎn)子引起的水流預(yù)旋，提高推進(jìn)效率。根據(jù)定子和轉(zhuǎn)子的前后相對(duì)位置泵噴又可分為定子前置式和定子后置式，定子前置式推進(jìn)效率稍低但安靜性好，一般用于潛艇，如圖1所示。定子后置式效率稍高但噪聲稍大，一般用于魚雷。

無(wú)軸泵噴沒(méi)有常規(guī)泵噴的一系列驅(qū)動(dòng)軸，通過(guò)電流帶動(dòng)電機(jī)，其電機(jī)定子都鑲嵌在導(dǎo)管內(nèi)，轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)做功的葉片固定在一起，電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間存在氣隙，電機(jī)定子線圈通電產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)永磁體而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，其簡(jiǎn)圖如圖2所示。

2 管道內(nèi)靜止偶極子聲場(chǎng)驗(yàn)證

在采用CFD方法得到流場(chǎng)的脈動(dòng)信息之后，通過(guò)聲類比理論模擬流體動(dòng)力噪聲，聲類比理論最早由Lighthill提出，之后逐漸演變成應(yīng)用最為廣泛的FW-H聲類比方程，本研究采用FW-H聲類比方程。聲學(xué)邊界元方法的基本思想是首先采用格林（Green）定理將聲學(xué)波動(dòng)方程轉(zhuǎn)化為邊界積分方程，然后選擇適當(dāng)?shù)牟逯岛瘮?shù)，利用邊界上一系列離散的單元將邊界積分方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組，在邊界條件已知的情況下可以得到邊界上任意單元節(jié)點(diǎn)的聲學(xué)量（聲壓、振動(dòng)速度和聲強(qiáng)等）以及空間內(nèi)任意一點(diǎn)的聲學(xué)量。推進(jìn)器相對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)可看作點(diǎn)聲源，又因?yàn)檠芯恐挥?jì)算推進(jìn)器的負(fù)載噪聲（偶極子噪聲），所以只需驗(yàn)證偶極子點(diǎn)聲源的預(yù)報(bào)方法即可。下面基于邊界元法通過(guò)軟件Virtual Lab對(duì)管道內(nèi)偶極子無(wú)限遠(yuǎn)處衍射聲場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值預(yù)報(bào)，研究分析了其聲指向性并與國(guó)外文獻(xiàn)[13-14]進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證本文聲場(chǎng)預(yù)報(bào)方法的可信性。

聲源及邊界元網(wǎng)格設(shè)置如圖3所示，假設(shè)圓管厚度接近0，為剛性壁面，設(shè)圓管長(zhǎng)度為L(zhǎng)，令半徑為a且L=1.625a，在管道軸心線0.75L處設(shè)置靜止軸向振動(dòng)的偶極子。

k=ω/c，T=2π/ω ?f=kc/2π，其中，k為波數(shù)，c為聲速，f為頻率。

研究以偶極子所在點(diǎn)為圓心，在管道軸向縱剖面處建立半徑為100a的圓形聲場(chǎng)代替無(wú)限遠(yuǎn)處場(chǎng)，示意圖如圖4所示。為了方便與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行比較，以遠(yuǎn)場(chǎng)軸向場(chǎng)點(diǎn)的聲壓作為入射聲場(chǎng)聲壓pi，場(chǎng)內(nèi)其它任一點(diǎn)輻射聲壓記為p，則遠(yuǎn)場(chǎng)中任意一點(diǎn)的聲壓級(jí)表示為SPL=20log10（p/pi）。研究分別計(jì)算了kL=6.5和kL=16.6時(shí)所對(duì)應(yīng)頻率的聲指向性，并對(duì)文獻(xiàn)值進(jìn)行數(shù)據(jù)取點(diǎn)，對(duì)比情況如圖5所示。

從本文計(jì)算值與文獻(xiàn)值對(duì)比情況來(lái)看，二者完全吻合，證明了本文所采用的方法對(duì)偶極子聲源輻射聲場(chǎng)預(yù)報(bào)的可信性，為無(wú)軸泵噴推進(jìn)器輻射噪聲（負(fù)載噪聲）預(yù)報(bào)做了很好的驗(yàn)證。

3 無(wú)軸泵噴流場(chǎng)計(jì)算模型及數(shù)值計(jì)算

研究對(duì)無(wú)軸泵噴推進(jìn)潛艇進(jìn)行了粘性流場(chǎng)計(jì)算，整個(gè)計(jì)算域?yàn)?.5倍艇長(zhǎng)（艇前0.5倍艇長(zhǎng)，艇后1倍艇長(zhǎng)），直徑為泵直徑的10倍。用四面體和六面體網(wǎng)格相結(jié)合的劃分方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分，船體周圍局部小區(qū)域用四面體網(wǎng)格劃分，艇長(zhǎng)41 m，型寬5.5 m。艇體壁面第一層網(wǎng)格尺度為0.15 mm，外部區(qū)域用六面體網(wǎng)格劃分，整體計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)為1千萬(wàn)，單元數(shù)2.6千萬(wàn)，速度進(jìn)口設(shè)置為考核航速4 kns，壓力出口總壓為0。轉(zhuǎn)速為35.75 r/min，瞬態(tài)計(jì)算時(shí)采用分離渦進(jìn)行數(shù)值模擬，每旋轉(zhuǎn)1°迭代10步，時(shí)間步長(zhǎng)為466.2 μs，計(jì)算收斂后取最后3600步（葉輪旋轉(zhuǎn)1周）的推進(jìn)器壁面脈動(dòng)壓力信息作為聲的激勵(lì)源輸出，其計(jì)算域設(shè)置簡(jiǎn)圖如圖6所示。

y+為貼近過(guò)流壁面的第一層網(wǎng)格單元中心距壁面的無(wú)量綱距離，軟件幫助文件建議y+范圍在30-300之間，符合計(jì)算要求。流場(chǎng)數(shù)值模擬驗(yàn)證詳見(jiàn)作者論文[15]，流場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果可信。

4 水下輻射聲場(chǎng)計(jì)算

水下輻射噪聲預(yù)報(bào)需要從流場(chǎng)瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果中提取脈動(dòng)壓力信息作為聲源輸入信息，本文單獨(dú)計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件聲場(chǎng)時(shí)以相應(yīng)部件作為聲源，泵體其它部件保存不變作為剛性散射壁面。如此可準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)單個(gè)部件在泵噴整體水下輻射噪聲中的貢獻(xiàn)，同時(shí)出于保密考慮，分析過(guò)程中設(shè)定某常數(shù)g對(duì)所有聲壓級(jí)進(jìn)行了統(tǒng)一的無(wú)量綱化。

4.1 聲場(chǎng)設(shè)置及單部件劃分

對(duì)泵噴整體和各部件進(jìn)行水下輻射噪聲預(yù)報(bào)時(shí)，統(tǒng)一以葉輪中心為圓心，在軸向縱剖面設(shè)置半徑為50 m的平面圓場(chǎng)，在圓場(chǎng)上每2°設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，總計(jì)180個(gè)測(cè)點(diǎn)。在葉頻及其倍頻處，描繪出所對(duì)應(yīng)的聲場(chǎng)指向性以分析其聲輻射特點(diǎn)。由于艇具有對(duì)稱性且軸向縱剖面圓形聲場(chǎng)可以直接顯示軸向至徑向各個(gè)角度的50 m遠(yuǎn)處的點(diǎn)聲壓級(jí)，所以軸向縱剖面聲場(chǎng)具有代表性，能夠反映無(wú)軸泵噴推進(jìn)器水下輻射噪聲在泵噴50 m遠(yuǎn)處各個(gè)點(diǎn)的聲壓級(jí)信息。對(duì)圓形聲場(chǎng)上的典型測(cè)點(diǎn)（軸向點(diǎn)、徑向點(diǎn)及與二者相隔45°的場(chǎng)點(diǎn)）在500 Hz以內(nèi)進(jìn)行聲譜分析，描繪聲壓級(jí)隨頻率變化情況。聲壓級(jí)定義公式為SPL=20log10（pr/p0）。 其中：pr為測(cè)點(diǎn)聲壓，p0為水下參考聲壓，等于10-6Pa。

泵噴轉(zhuǎn)動(dòng)部件即轉(zhuǎn)子，這里為方便區(qū)分結(jié)構(gòu)和單獨(dú)觀察葉輪輻射聲場(chǎng)，將葉輪和葉頂處環(huán)狀部分（以后稱環(huán)狀轉(zhuǎn)子）抽離出來(lái)單獨(dú)計(jì)算聲場(chǎng)，環(huán)狀轉(zhuǎn)子為沒(méi)有環(huán)狀內(nèi)壁只包含環(huán)狀外壁和兩端面的殼體，葉輪為包含輪轂、葉片和與環(huán)狀轉(zhuǎn)子相連的內(nèi)壁部分，具體處理如圖8所示，靜止部件由導(dǎo)管、導(dǎo)葉和輪轂組成，如圖9所示。

4.2 環(huán)狀轉(zhuǎn)子聲場(chǎng)指向性及測(cè)點(diǎn)分析

研究取流場(chǎng)網(wǎng)格（.cgns文件）作為聲場(chǎng)網(wǎng)格，滿足流場(chǎng)輸出聲壓信息的1：1傳遞并進(jìn)行快速傅里葉變換轉(zhuǎn)化為頻域聲壓，作為聲源計(jì)算其500 Hz內(nèi)的場(chǎng)點(diǎn)聲壓級(jí)并進(jìn)行分析。在1BPF（1倍葉頻）、2BPF、3BPF、4BPF對(duì)應(yīng)頻率進(jìn)行聲場(chǎng)指向性分析和典型測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)頻譜分析，其中環(huán)狀轉(zhuǎn)子的聲指向性及其對(duì)比如圖10所示。

由聲指向性分析可得，在1-4倍葉頻處聲壓級(jí)最大值基本均在徑向點(diǎn)（圖中90°處點(diǎn)）位置，最小值基本均在軸向點(diǎn)（0°處），這與環(huán)狀轉(zhuǎn)子的形狀相符（參考圖8）。環(huán)狀轉(zhuǎn)子為沒(méi)有內(nèi)壁只有外壁和兩端面的殼體，環(huán)狀外壁的寬度（軸向尺寸）約為兩端面厚度（徑向尺寸）的6倍，因此徑向聲輻射面（環(huán)狀外壁面積）大于軸向聲輻射面（環(huán)狀殼體兩端面面積），這是徑向聲壓級(jí)較大的主要原因。另外，圓形聲場(chǎng)上監(jiān)測(cè)點(diǎn)在1倍葉頻處聲壓級(jí)大于其它倍葉頻處聲壓級(jí)（并不是各階頻率都是如此，僅限于低頻），這與旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉輪噪聲預(yù)報(bào)相符[16]。在500 Hz以內(nèi)，取徑向測(cè)點(diǎn)1、軸向測(cè)點(diǎn)3和二者之間45°點(diǎn)處測(cè)點(diǎn)，分析比較其聲譜信息如圖11所示。

可以看出，在低頻300 Hz以內(nèi)聲壓級(jí)較高，總體上徑向測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)最高，45°點(diǎn)與之相差不大，軸向測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)明顯低于二者；隨頻率升高聲壓級(jí)總體趨勢(shì)降低，高頻處三者聲壓級(jí)波動(dòng)范圍相近。研究表明環(huán)狀轉(zhuǎn)子在軸向噪聲貢獻(xiàn)量最小，徑向貢獻(xiàn)量最大。

4.3 葉輪聲場(chǎng)指向性及測(cè)點(diǎn)分析

同環(huán)狀轉(zhuǎn)子分析方法完全相同，對(duì)葉輪進(jìn)行聲場(chǎng)指向性分析和測(cè)點(diǎn)聲譜分析，預(yù)報(bào)其單獨(dú)作用時(shí)水下輻射聲場(chǎng)及在泵噴總體噪聲中的貢獻(xiàn)。葉輪在1BPF、2BPF、3BPF和4BPF處聲指向性特征及四者的對(duì)比如圖12所示。

從圖12可以看出，葉輪聲指向性與環(huán)狀轉(zhuǎn)子聲指向性不同，呈水平"8"字形分布，軸向聲壓級(jí)最大，徑向聲壓級(jí)最小，這是葉輪轉(zhuǎn)子軸向聲輻射面積較大所致；同環(huán)狀轉(zhuǎn)子相似，葉輪在1BPF處對(duì)應(yīng)聲壓級(jí)明顯高于2-4BPF聲壓級(jí)。葉輪軸向測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)與環(huán)狀轉(zhuǎn)子徑向測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)在1BPF處基本相等（葉輪軸向監(jiān)測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)略?。?，在2-4倍葉頻處明顯小于環(huán)狀轉(zhuǎn)子徑向測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)。從流體脈動(dòng)特性分析，這是因?yàn)楸妹}動(dòng)幅值沿輪緣至輪轂逐漸變小，環(huán)狀轉(zhuǎn)子整體分布在輪緣位置，脈動(dòng)幅值一直很大。同時(shí)，環(huán)狀轉(zhuǎn)子聲源面與泵殼內(nèi)壁的環(huán)狀氣隙內(nèi)流體紊亂，計(jì)入葉輪的環(huán)狀轉(zhuǎn)子內(nèi)壁則不存在狹小氣隙，壓力脈動(dòng)幅值相對(duì)較小。因此，雖然葉輪軸向聲輻射面積略大于環(huán)狀轉(zhuǎn)子徑向聲輻射面積，環(huán)狀轉(zhuǎn)子仍表現(xiàn)出較高的聲壓級(jí)。取葉輪典型測(cè)點(diǎn)進(jìn)行聲譜分析如圖13所示。

由測(cè)點(diǎn)聲譜圖可見(jiàn)，在低頻（100Hz以內(nèi)）時(shí)受葉輪影響為主，軸向測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)明顯高于徑向；隨頻率升高計(jì)入葉輪的環(huán)狀轉(zhuǎn)子內(nèi)壁面的作用得到表現(xiàn)，徑向測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)高于軸向；最終三者波動(dòng)范圍基本相等，聲壓級(jí)總體趨勢(shì)下降，45°測(cè)點(diǎn)處聲壓級(jí)略小于軸向測(cè)點(diǎn)且二者總體趨勢(shì)基本保持一致。

4.4 靜止部件聲場(chǎng)指向性及測(cè)點(diǎn)分析

出于以下三點(diǎn)目的計(jì)算靜止部件噪聲：（1）獲得轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件相互作用而使靜止部件在各階葉頻處呈現(xiàn)的聲場(chǎng)特性。（2）分析靜止部件在泵噴噪聲總量中的貢獻(xiàn)。（3）便于由靜止部件和轉(zhuǎn)動(dòng)部件推導(dǎo)出泵噴整體聲場(chǎng)指向性并與以泵噴整體為對(duì)象所得計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。因此，本文采用與轉(zhuǎn)動(dòng)部件同樣的分析方法對(duì)靜止部件進(jìn)行聲場(chǎng)分析。靜止部件1-4倍葉頻處聲指向性及其對(duì)比如圖14所示。

首先從葉頻、倍葉頻聲壓級(jí)來(lái)看，靜止部件總體小于轉(zhuǎn)動(dòng)部件，在徑向比環(huán)狀轉(zhuǎn)子的一半還要小，在軸向更小。這是由于靜止部件的導(dǎo)管和導(dǎo)葉只起到整流作用，它們的表面壓力脈動(dòng)特性沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件劇烈。另外，同環(huán)狀轉(zhuǎn)子相似，由靜止部件結(jié)構(gòu)可以看出徑向聲輻射面大于軸向聲輻射面，這也是徑向聲壓級(jí)較大的原因。由于潛艇泵噴為導(dǎo)葉前置式泵噴，安靜性好，導(dǎo)葉與葉輪葉片的相互作用不如導(dǎo)葉后置式劇烈，導(dǎo)葉上壓力脈動(dòng)相對(duì)較小，因此軸向聲輻射相對(duì)較弱。取與轉(zhuǎn)動(dòng)部件相同的3個(gè)典型測(cè)點(diǎn)進(jìn)行聲譜分析，如圖15所示。

可以看出，對(duì)靜止部件來(lái)說(shuō)，頻率較低（100 Hz以內(nèi)）時(shí)，徑向聲壓級(jí)明顯大于軸向聲壓級(jí)，45°點(diǎn)處聲壓級(jí)略低于徑向聲壓級(jí)，且在500 Hz以內(nèi)45°點(diǎn)處聲壓級(jí)的總體趨勢(shì)與徑向點(diǎn)保持相近。與轉(zhuǎn)動(dòng)部件聲場(chǎng)輻射特性相同，頻率較高時(shí)三個(gè)方向聲壓級(jí)波動(dòng)范圍相同且總體趨勢(shì)相近。

4.5 500 Hz以內(nèi)寬帶聲壓級(jí)

本節(jié)采用同單個(gè)部件相同的方法，從瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果文件中取出泵噴整體的脈動(dòng)壓力信息數(shù)據(jù)作為聲源對(duì)泵噴進(jìn)行了整體式水下輻射聲場(chǎng)預(yù)報(bào)，同時(shí)也將泵噴各單部件水下輻射聲場(chǎng)貢獻(xiàn)量進(jìn)行疊加與泵噴整體式水下輻射聲場(chǎng)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了寬帶聲壓級(jí)（500 Hz以內(nèi)）對(duì)比，吻合較好，如圖16-17所示。

從各單部件推導(dǎo)出的結(jié)果與泵整體式計(jì)算結(jié)果來(lái)看，二者吻合性存在一定差異（各點(diǎn)誤差均在0.5g以內(nèi)，g為常數(shù)）但整體趨勢(shì)相同，最大值均在徑向,最小值均在軸向。存在差異的主要原因是計(jì)算單部件聲場(chǎng)時(shí)，只有聲源網(wǎng)格采用流網(wǎng)格進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的1：1傳遞，其它作為散射壁面的部件所采用網(wǎng)格是在軟件Hypermesh中另外生成的網(wǎng)格，相對(duì)粗糙，這里以整體式計(jì)算值為準(zhǔn)。

5 結(jié) 論

本文對(duì)無(wú)軸泵噴水下輻射聲場(chǎng)進(jìn)行了預(yù)報(bào)分析，著重分析了單部件聲指向性和其典型測(cè)點(diǎn)聲譜：

（1）對(duì)單部件而言，轉(zhuǎn)動(dòng)部件的環(huán)狀轉(zhuǎn)子聲場(chǎng)指向性顯示：徑向聲輻射強(qiáng)度大于軸向，呈“8”字形分布；圓形聲場(chǎng)上監(jiān)測(cè)點(diǎn)在1倍葉頻處聲壓級(jí)大于2-4倍葉頻處聲壓級(jí)（并不是各階頻率都是如此，僅限于低頻）；300 Hz以內(nèi)聲壓級(jí)較高，總體上徑向測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)最高，45°點(diǎn)與之相差不大，軸向測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)則明顯低于二者；隨頻率升高聲壓級(jí)總體趨勢(shì)降低，三者波動(dòng)范圍相近。研究表明環(huán)狀轉(zhuǎn)子在軸向噪聲貢獻(xiàn)量最小，徑向貢獻(xiàn)量最大。

（2）對(duì)葉輪而言：葉輪聲指向性與環(huán)狀轉(zhuǎn)子聲指向性基本相反，軸向聲壓級(jí)最大，徑向最小，這是葉輪轉(zhuǎn)子軸向聲輻射面積較大所致；同環(huán)狀轉(zhuǎn)子相似，葉輪在1BPF處對(duì)應(yīng)聲壓級(jí)明顯高于2-4BPF聲壓級(jí)。在低頻（100 Hz以內(nèi)）時(shí)受葉輪影響為主，軸向測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)明顯高于徑向，隨頻率升高計(jì)入葉輪的環(huán)狀轉(zhuǎn)子內(nèi)壁面的貢獻(xiàn)得到表現(xiàn)，徑向測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)高于軸向；最終三者波動(dòng)范圍基本相等，聲壓級(jí)總體趨勢(shì)下降，45°測(cè)點(diǎn)處聲壓級(jí)略小于軸向測(cè)點(diǎn)且二者總體趨勢(shì)基本保持一致。

（3）靜止部件聲場(chǎng)分布特征與環(huán)狀轉(zhuǎn)子基本相同，但聲壓級(jí)明顯小于轉(zhuǎn)動(dòng)部件。靜止部件典型測(cè)點(diǎn)聲譜顯示，頻率較低（100 Hz以內(nèi)）時(shí)，徑向聲壓級(jí)明顯大于軸向聲壓級(jí)，45°點(diǎn)處聲壓級(jí)略低于徑向聲壓級(jí)且在500 Hz以內(nèi)的總體趨勢(shì)與徑向點(diǎn)保持相近；與轉(zhuǎn)動(dòng)部件聲輻射特性相同，頻率較高時(shí)三個(gè)方向聲壓級(jí)波動(dòng)范圍相同且總體趨勢(shì)相近。

采用同樣方法對(duì)無(wú)軸泵進(jìn)行了整體聲場(chǎng)預(yù)報(bào)，結(jié)果顯示：由泵噴各單部件水下輻射聲場(chǎng)貢獻(xiàn)量進(jìn)行綜合推導(dǎo)所得的寬帶聲壓級(jí)（500 Hz以內(nèi)）與以泵噴整體為對(duì)象所得計(jì)算結(jié)果吻合較好。最大值均在徑向，組合值為11.4g dB，整體計(jì)算值為11.1g dB；最小值均在軸向，組合值為0.96g dB，整體計(jì)算值為0.99g dB。存在差異的主要原因是計(jì)算單部件聲場(chǎng)時(shí)，只有聲源網(wǎng)格采用流網(wǎng)格進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的1：1傳遞，其它作為散射壁面的部件所采用網(wǎng)格是在軟件Hypermesh中另外生成的網(wǎng)格，相對(duì)粗糙，這里以整體式計(jì)算值為準(zhǔn)。