CN109959444A - 发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试系统及方法 - Google Patents

发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试系统及方法，包括消声水池、空气压缩机、高压气瓶、程序控制阀、储水罐、金属管路、升降行车、可变截面喷口、管口夹具与刚性支架、流量计、截止阀、全浸没式脉动压力传感器、水听器、发射换能器、功率放大器、示波器、信号采集器。可变截面小管径喷口的瞬态射流速度不低于20m/s，大管径喷口的最高有效射流速度不低于13m/s。脉动压力传感器与水听器同时测量，消除射流冲击产生的“伪声”影响。本发明能够适应瞬态射流持续时间短、速度变化快、测量信噪比要求高的特点，既能明确瞬态水射流噪声大小，又能阐明随出管速度和管径的变化规律，辅助判断是否是发射装置主要发射噪声源。

Description

发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试系统及方法
技术领域
本发明属于声学测量领域，更具体地，涉及武器出管瞬间发射管出口产生的射流噪声，用于确定瞬态水射流噪声大小，指导瞬态发射噪声控制的发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试系统及方法。
背景技术
发射装置是潜器水下攻防实战的主体力量之一，瞬态发射噪声直接关系到潜器发射隐蔽性和快速反应能力，甚至是攻防实战中的生存能力。世界各国现役潜艇雷弹发射装置主要有气动不平衡式、气动冲压式、气水缸液压平衡式、涡轮泵液压平衡式和自航式等五种。其中，前四种属于有动力发射方式，需要发射装置提供动力将武器“推”出发射管，瞬态发射噪声的源头在于发射动力；自航式属于无动力发射方式，武器靠自身动力“游”出发射管，无需发射装置提供动力，发射噪声的源头在于管内武器航行动力。无论是有动力还是无动力发射，武器出管瞬间发射管出口的跟随流体均会形成水射流，且射流速度等于出管速度，会产生射流噪声。
发射装置当前存在的共性问题是瞬态发射噪声远大于航行辐射噪声，存在发射一次后由于明显暴露自身水声目标而无法继续发射的潜在风险。为了有效降低发射噪声，必须找准主要发射噪声源。对于目前普遍使用的气水缸发射装置而言，其工作原理是：高压空气驱动气缸活塞，气缸活塞经活塞杆带动水缸活塞轴向运动建立高压水，高压水从滑套阀进入发射管后推动武器出管。该发射装置的发射噪声包括冲击振动噪声、结构振动噪声和射流噪声三大类，射流噪声是发射管出口区域的水体瞬间产生紊流并以一定强度的压力波向外辐射发声。目前存在的问题是：关于射流噪声是否是发射噪声的主要噪声源尚无统一结论，导致发射噪声控制无法做到有的放矢。
目前在有关水射流噪声测量方面，主要集中于混响场内测量，包括在混响开口钢制水箱中测量射流噪声的方法以及去除管壁辐射噪声的计算处理方法，主要针对具有恒定速度的稳态射流进行分析，至于测量系统能否产生速度一直变化的瞬态射流以及混响场能否分辨瞬态水射流噪声并未提及。另外，目前还提出了一种可用于水下航行器排气管路内消声的装置，对射流噪声有一定的抑制作用，虽然航行器启动加速过程中伴有瞬态射流，但该装置无法区分单纯射流噪声，也无法量化射流噪声大小。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试系统及方法，由此解决目前关于射流噪声是否是发射噪声的主要噪声源尚无统一结论，导致发射噪声控制无法做到有的放矢的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试系统，包括：消声水池、空气压缩机、高压气瓶、程序控制阀、储水罐、金属管路、升降行车、可变截面喷口、管口夹具与刚性支架、流量计、截止阀、全浸没式脉动压力传感器、水听器、发射换能器、功率放大器、示波器、信号采集器；
所述消声水池采用六面全消声结构；
所述高压气瓶由所述空气压缩机充气，所述高压气瓶内的压力由气压计读数显示；
所述程序控制阀用于调节所述高压气瓶的瞬间释放压力，以控制所述可变截面喷口的瞬态射流速度；
所述储水罐密封，由所述高压气瓶压缩所述储水罐内的水，并经所述金属管路从所述可变截面喷口喷出形成瞬态射流；
所述升降行车用于调整及固定所述可变截面喷口的水下高度，使所述可变截面喷口位于所述全消声水池高度中央；
所述管口夹具与刚性支架用于绝对固定所述可变截面喷口，以消除所述可变截面喷口管壁振荡产生的振动噪声；
所述流量计用于观察记录所述可变截面喷口的瞬态射流速度，以瞬态射流速度确定出管速度；
所述截止阀用于截断所述可变截面喷口的瞬态射流速度达到出管速度后的高压气压水；
所述全浸没式脉动压力传感器用于同步所述可变截面喷口外流体压力；
所述水听器，用于测量所述可变截面喷口的瞬态射流噪声；
所述发射换能器、所述功率放大器和所述示波器用于测量并校准所述消声水池在低中频段相对于自由声场的测量误差，其中，所述低中频段表示的频率范围为20hz～2khz；
所述信号采集器用于同步采集流量、压力和水声信号，以分析瞬态射流噪声随瞬态射流速度和所述可变截面喷口直径的变化规律。
优选地，所述高压气瓶的最大承受压力应满足预设要求，其中，所述预设要求指第一管径可变截面喷口的瞬态射流速度不低于20m/s，第二管径可变截面喷口的最高有效射流速度不低于13m/s指标值。
优选地，所述储水罐容积应满足高压气压水持续时间不低于武器发射N秒的持续时间，N为正整数。
优选地，所述水听器与所述可变截面喷口的射流中心等高，且所述水听器在水平面内与射流轴线成45度夹角。
优选地，所述水听器数量至少为2个，其中，第一水听器距离所述可变截面喷口中心至少1米，第二水听器离所述第一水听器的距离为预设值，以校验所述消声水池中噪声传播是否满足自由声场中的声压球面衰减规律。
优选地，所述全浸没式脉动压力传感器与所述第一水听器位置相同，用于与所述第一水听器的测量噪声信号进行比较，以区别射流冲击作用产生的伪声信号。
优选地，所述信号采集器选用NI采集仪，同步采集体积流量、脉动压力和多路水声信号，并实时完成采集数据的频域分析，读取射流速度、脉动压力频谱和辐射噪声谱，显示峰值声压级和总声压级。
按照本发明的另一方面，提供了一种发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试方法，包括：
(1)测量消声水池背景噪声，确定不同频带内的总声压级；
(2)校准所述消声水池相对于自由声场的测量偏差，并由测量偏差小于预设偏差阈值来确定消声水池的有效截止频率；
(3)将储水罐注满水，高压气瓶充气，调试并确定所述高压气瓶初始压力、程序控制阀通流面积与可变截面喷口瞬态射流速度的对应关系；
(4)打开程序控制阀，持续读取流量计读数，在瞬态射流速度与预设出管速度相差预设范围内时，测量脉动压力和辐射噪声数据，并在达到预设出管速度后，关闭程序控制阀；
(5)分析脉动压力和辐射噪声的时域与频域数据，在水听器测量噪声数据有效时，执行步骤(6)，否则改变测量条件或者是改变测量位置，并返回执行步骤(4)；
(6)步进增加瞬态射流速度，重复步骤(4)～步骤(5)，测量并记录瞬态水射流噪声；
(7)更换大管径喷口，重复步骤(4)～步骤(6)，测量并记录瞬态水射流噪声；
(8)分析管径固定时瞬态水射流噪声随瞬态射流速度的变化关系以及瞬态射流速度固定时瞬态水射流噪声随管径的变化关系，以此确定实尺发射管出口在预设出管速度条件下的瞬态水射流噪声。
优选地，在步骤(5)中判定水听器测量噪声数据有效的方法是：
若脉动压力峰峰值与第一水听器声压峰峰值的比值小于1‰，则认为水听器测量信号为水声信号，射流冲击作用影响忽略不计，并且，若第一水听器声压频谱相对于背景噪声的信噪比大于10dB，则认为噪声信号测量有效。
优选地，在步骤(5)中改变测量条件指：分析频带不变时增加瞬态射流速度，或者，由于预设瞬态射流速度导致信噪比不能够满足要求时，应提高有效截止频率，缩小分析频带。
优选地，在步骤(5)中改变测量位置指：增加第一水听器的放置距离，同时保证最后1个水听器测量信号能够忽略池壁影响。
优选地，在步骤(6)中，确定最大有效瞬态射流速度的方法是：水射流噪声出现突变式增加，总声级增加量值大于10dB，同时金属管路与可变截面喷口出现明显振荡，表明喷口段管路中产生空泡，出现局部共振。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
利用全消声水池测量噪声数据真实可信的特点，搭建了用于测量发射管出口瞬态水射流噪声的测试系统，既可以明确瞬态射噪声随瞬态射流速度和喷口管径的变化规律，又可用于辅助判断瞬态水射流噪声是否是主要发射噪声源。噪声有效分析频段明显大于混响测量场。测试系统中喷口形成的瞬态射流相似于当前发射装置武器出管时发射管口跟随流体形成的瞬态射流，针对性强。所提出的测试方法中，采用脉动压力传感器与水听器同时测量，可以量化并消除射流冲击作用产生的“伪声”影响。采用多个水听器同时测量，可以直接评估分析频带内消声水池相对于自由声场声压球面衰减规律的测量偏差，说明测量可信性。该测量方法不仅有效测量的瞬态射流速度范围宽，而且能够真实保留喷口段的管壁辐射噪声，与实际发射管相同，还能够初步判定瞬态射流速度足够高以至于产生空泡时的瞬态水射流噪声特征，可以指导实际发射装置的使用。推广应用后可快速促进发射装置的减振降噪工作。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试系统框图；
图2是本发明实施例提供的一种全消声水池中产生瞬态水射流的喷口布置示意图；
图3是本发明实施例提供的一种发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试系统中消声水池测量偏差校准框图；
图4是本发明实施例提供的一种发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试方法的实施例的设计流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为了明确回答发射管出口瞬态水射流噪声是否是主要发射噪声源这一问题，本发明提出了一种发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试系统及测试方法。能够适应武器出管瞬间发射管出口跟随流体形成水射流持续时间短、速度变化快、噪声测量信噪比要求高的特点。既可以明确给定出管速度条件下的瞬态水射流噪声大小，又可以阐明瞬态水射流噪声随出管速度和管口直径的变化规律，可以有效填补国内该应用领域的缺项，有力促进低噪声发射装置研制。
本发明提供了一种发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试系统，包括：消声水池、空气压缩机、高压气瓶、程序控制阀、储水罐、金属管路、升降行车、可变截面喷口、管口夹具与刚性支架、流量计、截止阀、全浸没式脉动压力传感器、水听器、发射换能器、功率放大器、示波器、信号采集器；
消声水池采用六面全消声结构，有效截止频率尽可能低；
高压气瓶由空气压缩机(含干燥器)充气，高压气瓶内的压力由气压计读数显示；
程序控制阀用于调节高压气瓶的瞬间释放压力，以控制可变截面喷口的瞬态射流速度；
储水罐密封，由高压气瓶压缩储水罐内的水，并经金属管路从可变截面喷口喷出形成瞬态射流；从而可以模拟气水缸发射装置中高压气推动气缸活塞、气缸活塞带动水缸活塞压水、高压水进入发射管内推动武器出管并在发射管出口形成瞬态射流的过程。
其中，储水罐储水容积可以选为3吨。
升降行车用于调整及固定可变截面喷口的水下高度，使可变截面喷口位于全消声水池高度中央，以减小池壁影响；
管口夹具与刚性支架用于绝对固定可变截面喷口，以消除可变截面喷口段管壁振荡产生的振动噪声，但喷口段管壁辐射噪声仍然存在，与发射管出口形成瞬态水射流时类同；
流量计用于观察记录可变截面喷口的瞬态射流速度，以瞬态射流速度确定出管速度；
截止阀用于截断可变截面喷口的瞬态射流速度达到出管速度后的高压气压水，以模拟发射结束后气缸活塞到达行程终端、发射管出口瞬态水射流速度迅速减小并与周围流体混合的现象及结果；
全浸没式脉动压力传感器用于同步可变截面喷口外流体压力；
水听器，用于测量可变截面喷口的瞬态射流噪声；
发射换能器、功率放大器和示波器用于测量并校准所述消声水池在低中频段相对于自由声场的测量误差，其中，低中频段表示的频率范围为20hz～2khz；
信号采集器用于同步采集流量、压力和水声信号，以分析瞬态射流噪声随瞬态射流速度和可变截面喷口直径的变化规律。
其中，高压气瓶的最大承受压力应满足预设要求，其中，预设要求指第一管径可变截面喷口的瞬态射流速度不低于20m/s，第二管径可变截面喷口的最高有效射流速度不低于13m/s指标值，其中，第一管径代表小管径，第二管径代表大管径，大、小管径由高压气瓶压力和射流速度共同确定。
其中，储水罐容积应满足高压气压水持续时间不低于武器发射N秒的持续时间，N为正整数。N优选为2s。
其中，水听器与可变截面喷口的射流中心等高，且水听器在水平面内与射流轴线成45度夹角，以减小流体冲击影响，水听器数量至少为2个，其中，第一水听器距离所述可变截面喷口中心至少1米，第二水听器离所述第一水听器的距离为预设值，以校验消声水池中噪声传播是否满足自由声场中的声压球面衰减规律。其中，预设值可以根据实际需要进行确定，优选为1m。
其中，全浸没式脉动压力传感器与第一水听器位置相同，用于与第一水听器的测量噪声信号进行比较，以区别射流冲击作用产生的伪声信号。
其中，信号采集器选用NI采集仪，同步采集体积流量、脉动压力和多路水声信号，并实时完成采集数据的频域分析，读取射流速度、脉动压力频谱和辐射噪声谱，显示峰值声压级和总声压级。
本发明还提供了一种发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试方法，包括：
(1)测量消声水池背景噪声，确定不同频带内的总声压级，如400Hz～5kHz；
(2)校准消声水池相对于自由声场的测量偏差，并由测量偏差小于预设偏差阈值来确定消声水池的有效截止频率；
其中，预设偏差阈值可以由实际需要进行确定，优选为1dB。
(3)将储水罐注满水，高压气瓶充气，调试并确定所述高压气瓶初始压力、程序控制阀通流面积与可变截面喷口瞬态射流速度的对应关系；
(4)打开程序控制阀，持续读取流量计读数，在瞬态射流速度与预设出管速度相差预设范围内时，测量脉动压力和辐射噪声数据，并在达到预设出管速度后，关闭程序控制阀；
其中，预设范围以及预设出管速度可以根据实际需要进行确定。
(5)分析脉动压力和辐射噪声的时域与频域数据，在水听器测量噪声数据有效时，执行步骤(6)，否则改变测量条件或者是改变测量位置，并返回执行步骤(4)；
(6)步进增加瞬态射流速度，重复步骤(4)～步骤(5)，测量并记录瞬态水射流噪声；
当瞬态射流速度足够大时，如达到25m/s，水射流噪声出现突变式增加，总声级增加量值至少10dB，同时金属管路与升降行车出现明显振荡，表明喷口段管路中产生空泡，出现局部共振，测量射流噪声数据仅供参考。
(7)更换大管径喷口，重复步骤(4)～步骤(6)，测量并记录瞬态水射流噪声；
(8)分析管径固定时瞬态水射流噪声随瞬态射流速度的变化关系以及瞬态射流速度固定时瞬态水射流噪声随管径的变化关系，以此确定实尺发射管出口在预设出管速度条件下的瞬态水射流噪声。若该瞬态水射流噪声明显小于当前准安静型潜艇考核航速下的航行辐射噪声(约140dB)，则瞬态水射流噪声不是主要发射噪声源，反之应视瞬态水射流噪声高出典型航行辐射噪声的量级大小来排除和确认主要发射噪声源。
其中，在步骤(1)中分析频带的下限频率应尽可能低、上限频率应至少达到5kHz。
其中，在步骤(5)中判定水听器测量噪声数据有效的方法是：
若脉动压力峰峰值与第一水听器声压峰峰值的比值小于1‰，则认为水听器测量信号为水声信号，射流冲击作用影响忽略不计，并且，若第一水听器声压频谱相对于背景噪声的信噪比大于10dB，则认为噪声信号测量有效。
其中，在步骤(5)中改变测量条件指：分析频带不变时增加瞬态射流速度，或者，由于预设瞬态射流速度过低导致信噪比不能够满足要求时，应提高有效截止频率(如达到500Hz甚至更高)，缩小分析频带，优选满足第一个条件。
其中，在步骤(5)中改变测量位置指：增加第一水听器的放置距离，同时保证最后1个水听器测量信号能够忽略池壁影响。考虑消声水池的实际宽度限制，最后1个水听器离池壁距离应大于0.75米。
其中，在步骤(6)中，确定最大有效瞬态射流速度的方法是：水射流噪声出现突变式增加，总声级增加量值大于10dB，同时金属管路与可变截面喷口出现明显振荡，表明喷口段管路中产生空泡，出现局部共振，此时测量瞬态水射流噪声数据仅供参考。
下面通过图1～图4以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。
本发明的发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试方法的流程图如图4所示，
步骤S1，依据设计要求选择合适参数的空气压缩机、高压气瓶、储水罐、流量计、节流阀、脉动压力传感器和水听器。搭建瞬态水射流噪声全消声水池测试系统。
步骤S2，测量消声水池背景噪声，确定不同分析频带内的总声压级。
其中，分析频带的下限频率应尽可能低、上限频率应至少达到5kHz。
步骤S3，校准消声水池相对于自由声场的测量偏差，并由测量偏差小于1dB来确定消声水池的有效截止频率。
如图3所示，消声水池1kHz以内低中频段测量偏差校准时，低频水平全向发射换能器布置于拟固定射流喷口的位置，水听器布置于与换能器等高、且水平面内与射流轴线成45度夹角方向，一个水听器距离发射换能器1.4米，测量信号用作参考值，以监测发射声场的稳定性，另一个水听器用于声信号测量，测点依次位于距离发射换能器1m、2m、2.5m、3m处位置。本实施例中，校准结果为：距离声源1m～2.5m测量范围内，消声水池相对于自由声场的测量偏差小于1dB，且测点1m处的测量偏差小于0.5dB，消声水池的有效截止频率约400Hz。
步骤S4，储水罐注满水，高压气瓶充气，调试并确定气瓶初始压力、程序控制阀通流面积与喷口瞬态射流速度的对应关系。
瞬态射流速度由流量计瞬态流量与喷口截面积的比值确定。瞬态射流速度由低到高间隔分布，速度值无须取整，速度值上限大于国军标规定的13m/s出管速度。
步骤S5，打开程序控制阀，持续读取流量计读数，在瞬态射流速度即将达到指定出管速度时，测量脉动压力和辐射噪声数据，且达到出管速度后，立即关闭截止阀。
步骤S6，分析步骤S5测量得到的脉动压力和辐射噪声的时域与频域数据。当水听器测量噪声数据有效时进行下一步，否则应改变测量条件或者是改变测量位置；
其中，水听器测量噪声数据有效的判定方法是：①脉动压力峰峰值与第1个水听器声压峰峰值的比值小于1‰，②第1个水听器声压频谱相对于背景噪声的信噪比大于10dB，两个条件同时满足时认为水听器测量噪声数据有效。
其中，改变测量条件所指为：①分析频带不变时增加瞬态射流速度，②指定瞬态射流速度过低导致信噪比难以满足要求时，提高有效截止频率，如达到500Hz甚至更高，缩小分析频带，两个条件为并列关系，优先满足第一个即可。
其中，改变测量位置所指为：适当增加第1个水听器的放置距离。考虑消声水池的实际宽度限制，最后1个水听器距离喷口小于2.5米。
步骤S7，根据步骤S4调试结果，步进增加瞬态射流速度，重复步骤S4～步骤S6，测量并记录瞬态水射流噪声。
当瞬态射流速度足够大时，如达到25m/s，射流噪声出现突变式增加，总声级增加量值大于10dB，同时金属管路与升降行车出现明显振荡，该现象表明喷口段管路中产生了空泡，出现局部共振，所测量射流噪声数据仅供参考。
步骤S8，更换大管径喷口，重复步骤S4～步骤S7，测量并记录瞬态水射流噪声。
步骤S9，分析步骤S7和步骤S8所得测量结果，确定瞬态水射流噪声随瞬态射流速度和喷口管径的变化规律，换算得出实尺发射管出口指定出管速度条件下的瞬态水射流噪声。
若瞬态水射流噪声明显小于当前准安静型潜艇考核航速下的航行辐射噪声(约140dB)，则瞬态水射流噪声不是主要发射噪声源，反之应视瞬态水射流噪声高出典型航行辐射噪声的量级大小来排除和确认主要发射噪声源。
本实施例中测量结果为：没有空泡与局部共振现象产生时，瞬态水射流噪声与瞬态射流速度的8次方成正比、与喷口管径的2次方成正比。瞬态水射流噪声不是当前气水缸发射装置的主要发射噪声源。
如图1所示，本发明设计的瞬态水射流噪声全消声水池测试系统，包括消声水池1、空气压缩机2、高压气瓶3、程序控制阀4、储水罐5、金属管路6、升降行车7、可变截面喷口8、管口夹具与刚性支架9、流量计10、截止阀11、全浸没式脉动压力传感器12、水听器13、发射换能器14、功率放大器15、示波器16和信号采集器17组成。
其中，消声水池1为六面全消声水池，有效截止频率尽可能低，水池长度应大于6.5米，保证国军标规定出管速度13m/s条件下的发射加速时间0.5s内水射流不被池壁反射。本实施例中消声水池长10米、宽6米、深5米，有效截止频率约400Hz。
其中，高压气瓶3由空气压缩机2充气，气瓶最大承受压力应满足小管径(缩尺比1：10)可变截面喷口8的瞬态射流速度不低于20m/s，大管径喷口(由试验场地条件决定)的最高有效射流速度不低于13m/s。本实施例中高压气瓶的最大承压为30MPa。
其中，储水罐5容积应满足高压气瓶3内高压气压水持续时间不低于武器发射约2s的持续时间。程序控制阀4的通流面积应与金属管路6的截面积相适应。
其中，升降行车7和管口夹具与刚性支架9共同用于可变截面喷口8的安装固定，保证水射流喷射过程中喷口段管壁的位置不变，如图2中所示的喷口照片初始静止位置。
其中，水听器13与喷口射流中心等高，且水听器水平面内与射流轴线成45度夹角。水听器数量至少为2个，第1个水听器距离喷口中心至少1米，下一个水听器距离前一个1米。
其中，全浸没式脉动压力传感器12与第1个水听器位置相同，用于与第1个水听器的测量噪声信号进行比较，区别射流冲击作用产生的“伪声”信号。
其中，信号采集器17选用NI采集仪，同步采集流量计流量、脉动压力传感器压力和水听器多路水声信号，并实时完成采集数据的频域分析，读取射流速度、脉动压力频谱和辐射噪声谱，显示峰值声压级和总声压级。
其中，发射换能器14、功率放大器15、示波器16和信号采集器17共同用于消声水池低中频段相对于自由声场的测量偏差校准和有效截止频率确定。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试系统，其特征在于，包括：消声水池、空气压缩机、高压气瓶、程序控制阀、储水罐、金属管路、升降行车、可变截面喷口、管口夹具与刚性支架、流量计、截止阀、全浸没式脉动压力传感器、水听器、发射换能器、功率放大器、示波器、信号采集器；
所述消声水池采用六面全消声结构；
所述高压气瓶由所述空气压缩机充气，所述高压气瓶内的压力由气压计读数显示；
所述程序控制阀用于调节所述高压气瓶的瞬间释放压力，以控制所述可变截面喷口的瞬态射流速度；
所述储水罐密封，由所述高压气瓶压缩所述储水罐内的水，并经所述金属管路从所述可变截面喷口喷出形成瞬态射流；
所述升降行车用于调整及固定所述可变截面喷口的水下高度，使所述可变截面喷口位于所述全消声水池高度中央；
所述管口夹具与刚性支架用于绝对固定所述可变截面喷口，以消除所述可变截面喷口管壁振荡产生的振动噪声；
所述流量计用于观察记录所述可变截面喷口的瞬态射流速度，以瞬态射流速度确定出管速度；
所述截止阀用于截断所述可变截面喷口的瞬态射流速度达到出管速度后的高压气压水；
所述全浸没式脉动压力传感器用于同步所述可变截面喷口外流体压力；
所述水听器，用于测量所述可变截面喷口的瞬态射流噪声；
所述发射换能器、所述功率放大器和所述示波器用于测量并校准所述消声水池在低中频段相对于自由声场的测量误差，其中，所述低中频段表示的频率范围为20hz～2khz；
所述信号采集器用于同步采集流量、压力和水声信号，以分析瞬态射流噪声随瞬态射流速度和所述可变截面喷口直径的变化规律。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述高压气瓶的最大承受压力应满足预设要求，其中，所述预设要求指第一管径可变截面喷口的瞬态射流速度不低于20m/s，第二管径可变截面喷口的最高有效射流速度不低于13m/s指标值。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储水罐容积应满足高压气压水持续时间不低于武器发射N秒的持续时间，N为正整数。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述水听器与所述可变截面喷口的射流中心等高，且所述水听器在水平面内与射流轴线成45度夹角。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述水听器数量至少为2个，其中，第一水听器距离所述可变截面喷口中心至少1米，第二水听器离所述第一水听器的距离为预设值，以校验所述消声水池中噪声传播是否满足自由声场中的声压球面衰减规律。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述全浸没式脉动压力传感器与所述第一水听器位置相同，用于与所述第一水听器的测量噪声信号进行比较，以区别射流冲击作用产生的伪声信号。
7.一种发射管出口瞬态水射流噪声全消声水池测试方法，其特征在于，包括：
(1)测量消声水池背景噪声，确定不同频带内的总声压级；
(2)校准所述消声水池相对于自由声场的测量偏差，并由测量偏差小于预设偏差阈值来确定消声水池的有效截止频率；
(3)将储水罐注满水，高压气瓶充气，调试并确定所述高压气瓶初始压力、程序控制阀通流面积与可变截面喷口瞬态射流速度的对应关系；
(4)打开程序控制阀，持续读取流量计读数，在瞬态射流速度与预设出管速度相差预设范围内时，测量脉动压力和辐射噪声数据，并在达到预设出管速度后，关闭程序控制阀；
(5)分析脉动压力和辐射噪声的时域与频域数据，在水听器测量噪声数据有效时，执行步骤(6)，否则改变测量条件或者是改变测量位置，并返回执行步骤(4)；
(6)步进增加瞬态射流速度，重复步骤(4)～步骤(5)，测量并记录瞬态水射流噪声；
(7)更换大管径喷口，重复步骤(4)～步骤(6)，测量并记录瞬态水射流噪声；
(8)分析管径固定时瞬态水射流噪声随瞬态射流速度的变化关系以及瞬态射流速度固定时瞬态水射流噪声随管径的变化关系，以此确定实尺发射管出口在预设出管速度条件下的瞬态水射流噪声。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中判定水听器测量噪声数据有效的方法是：
若脉动压力峰峰值与第一水听器声压峰峰值的比值小于1‰，则认为水听器测量信号为水声信号，射流冲击作用影响忽略不计，并且，若第一水听器声压频谱相对于背景噪声的信噪比大于10dB，则认为噪声信号测量有效。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(5)中改变测量条件指：分析频带不变时增加瞬态射流速度，或者，由于预设瞬态射流速度导致信噪比不能够满足要求时，应提高有效截止频率，缩小分析频带；
在步骤(5)中改变测量位置指：增加第一水听器的放置距离，同时保证最后1个水听器测量信号能够忽略池壁影响。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于优选地，在步骤(6)中，确定最大有效瞬态射流速度的方法是：水射流噪声出现突变式增加，总声级增加量值大于10dB，同时金属管路与可变截面喷口出现明显振荡，表明喷口段管路中产生空泡，出现局部共振。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112444169A (zh) * 2019-09-01 2021-03-05 南京理工大学 带有消声发射段的射弹水槽
CN113485180A (zh) * 2021-06-29 2021-10-08 中国人民解放军91550部队 一种自容式多通道瞬态噪声测量系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09171389A (ja) * 1995-12-20 1997-06-30 Toa Corp 適応フィルタ装置
DE19736580A1 (de) * 1997-08-22 1999-02-25 Hubert Prof Dr Ing Mayer Akustischer Gasanalysator mit Druckkompensation
CN102012260A (zh) * 2010-09-30 2011-04-13 中国船舶重工集团公司第七○五研究所 一种计算三维结构体流噪声声压分布的方法
CN105318965A (zh) * 2015-12-03 2016-02-10 哈尔滨工程大学 一种用于混响法测量水下射流噪声的导流装置
CN105371946A (zh) * 2015-12-03 2016-03-02 哈尔滨工程大学 一种压力恒定的水射流源装置
CN105698923A (zh) * 2016-03-09 2016-06-22 哈尔滨工程大学 一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法
CN105784096A (zh) * 2016-03-09 2016-07-20 哈尔滨工程大学 一种充水管道射流噪声的测量系统及测量方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09171389A (ja) * 1995-12-20 1997-06-30 Toa Corp 適応フィルタ装置
DE19736580A1 (de) * 1997-08-22 1999-02-25 Hubert Prof Dr Ing Mayer Akustischer Gasanalysator mit Druckkompensation
CN102012260A (zh) * 2010-09-30 2011-04-13 中国船舶重工集团公司第七○五研究所 一种计算三维结构体流噪声声压分布的方法
CN105318965A (zh) * 2015-12-03 2016-02-10 哈尔滨工程大学 一种用于混响法测量水下射流噪声的导流装置
CN105371946A (zh) * 2015-12-03 2016-03-02 哈尔滨工程大学 一种压力恒定的水射流源装置
CN105698923A (zh) * 2016-03-09 2016-06-22 哈尔滨工程大学 一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法
CN105784096A (zh) * 2016-03-09 2016-07-20 哈尔滨工程大学 一种充水管道射流噪声的测量系统及测量方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIAN JIJIAN, ET AL: "Generation Mechanism and Prediction Model for Low Frequency Noise Induced by Energy Dissipating Submerged Jets during Flood Discharge from a High Dam", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF ENVIRONMENTAL RESEARCH AND PUBLIC HEALTH》 *
王春旭 等: "水下湍射流噪声试验研究", 《船舶力学》 *
马伟明 等: "鱼雷发射管跟随流体射流噪声的数值计算", 《华中科技大学学报》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112444169A (zh) * 2019-09-01 2021-03-05 南京理工大学 带有消声发射段的射弹水槽
CN112444169B (zh) * 2019-09-01 2022-05-24 南京理工大学 带有消声发射段的射弹水槽
CN113485180A (zh) * 2021-06-29 2021-10-08 中国人民解放军91550部队 一种自容式多通道瞬态噪声测量系统

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