螺旋桨鸣音的特点及其机理
更新：2016-07-26
为了研究螺旋桨鸣音的特点和机理，对已产生鸣音的实桨和模型，利用水听器和拾振器作了声学和振动测试，发现鸣音有如下特点：
（1） 螺旋桨鸣音是一种单频音调声，是一种声级相当高的窄带线谱。它与领近谱级相比一般可高出15dB以上。图1为某船螺旋桨在试航中测到的噪声谱。图中可见，在频率1.25~1.6kHz之间产生的鸣音，它的谱级可高出邻近谱级20dB左右。在尾舱可清晰听到这种刺耳的单频声。
图1 实桨上测得的鸣音[以1/3倍频程测量]
（2） 螺旋桨鸣音一旦发生，鸣音将在相当大的转速范围内持续。它与一般线谱不同，鸣音频率基本上不随螺旋桨转速而改变，此即为鸣音的自锁现象。图2可见，各转速下鸣音的声级基本保持不变。
图2 某船螺旋桨鸣音产生的转速范围
（3） 螺旋桨鸣音有时在频谱上会出现两个或两个以上的窄带强线谱，并几乎有相同的声强级。图3为在水筒模型试验中测得的频谱，其鸣音出现在两个频率上，形成双鸣音。
图3 模型试验中测得的鸣音
（4） 螺旋桨鸣音与桨叶空泡密切相关。在模型试验中发现，鸣音一般出现在无空泡的螺旋桨上，这时鸣音强。当桨叶上刚产生空泡时，鸣音就减弱。空泡一发展，鸣音即刻消失。
（5） 螺旋桨一旦出现鸣音，接近螺旋桨的船体壳板振动也会相应加大。由图4可见，再有鸣音的转速范围内船体壳板振动加速度剧增，与无鸣音的相同转速比较，大可相差3倍左右。
图4 实桨上方壳板上测得的振动加速度
（6） 实桨上出现鸣音的频率一般出现在几百赫至几千赫的声频范围内，人耳完全能感觉到这种单频声。小桨的鸣音频率比大桨的高。另外，桨叶材料亦与鸣音频率有关。
由试验研究，我们认为螺旋桨鸣音主要是桨叶随边发放漩涡的频率与桨叶振动大振幅的结构响应频率一致而引起的，且应具有足够的能量导致桨叶自激振动。
上述结果表明，桨叶结构响应谱大幅值的响应频率若与桨叶某些剖面尾缘的漩涡发放频率一致。则这些尾缘就有可能开始振动，当领近剖面的尾缘也以接近上述频率发放漩涡时，就增加了桨叶随边振动的相关长度，使脉动力和振幅相应加大。如这个过程继续扩展，直到叶片大部分都受到影响，产生强烈的叶片振动，从而导致所谓螺旋桨的鸣音。
船用螺旋桨振动噪声的研究进展：
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