[发明专利]一种针对不稳定螺旋桨空泡脉动压力信号的补偿处理方法

说明书

本发明公开了一种针对不稳定螺旋桨空泡脉动压力信号的补偿处理方法，包括以下步骤：(1)采集螺旋桨的脉动压力信号，确定脉动压力信号采集的大周期T和小周期t，并初步筛选获得符合稳定空泡特征的脉动压力信号最低值库；(2)获取符合稳定空泡脉动压力信号的标准区间；(3)剔除不稳定空泡造成的脉动压力不稳定小周期；(4)利用步骤(2)中得到的标准区间，对剔除后的信号数据进行补偿，最终得到完整的脉动压力采集信号。利用本发明，可以对不稳定的脉动压力采集值进行补偿，使得船用螺旋桨模型脉动压力测试实验过程中采集的信号数据更稳定。

技术领域

本发明属于信号处理领域，尤其是涉及一种针对不稳定螺旋桨空泡脉动压力信号的补偿处理方法。

背景技术

对于船舶等航行器而言，高速转动的螺旋桨会在桨叶周围的海水中产生明显的局部压力下降，从而使得桨叶叶梢，甚至是靠近桨毂处桨叶表面发生强烈的空化。

空化一旦出现，空化噪声就成为螺旋桨主要噪声。螺旋桨空化是空化噪声的直接声源，并且螺旋桨空化尾流是空化噪声重要的传播途径。

周期旋转的桨叶和与其相接触的非均匀尾流的相对速度和压力就有周期性的变化，从而使得空化的激烈程度也发生相应的周期性脉动变化。最后，桨叶的转动在螺旋桨附近区域的海水也造成了叶频的流体力学压力脉动场，并通过水传递到船体表面，引起船体结构振动。在这种脉动压力的作用下，存在于该区域的大量气泡随着流场环境压力的周期性变化而作受迫的体积脉动。脉动压力特征可以反映出螺旋桨工况和几何形状等特征信息。

如公开号为CN104091085A的中国专利文献公开了基于螺旋桨尾流压力脉动计算的空化噪声特征估计方法，包括以下步骤：(1)备用网格生成并导入计算程序后生成算例文件，(2)空化模型和湍流模型设定，(3)数值计算参数设定，(4)数值计算，(5)数值方法可靠性验证及网格确定，(6)空化尾流压力脉动非定常数值计算，(7)压力脉动信号功率谱变换及低频线谱幅值提取，(8)线谱特征估计及分析。

公开号为CN110489902A的中国专利文献公开了一种螺旋桨空化尾流精细特征多元统计建模方法，涉包括：一、设定螺旋桨空化尾流全流域非定常数值计算参数，并获取压力脉动数值计算信号；二、获取压力脉动信号处理的图谱信息；三、提取压力脉动信号特征，并进行相关性分析；四、根据相关性分析结果，进行螺旋桨空化尾流目标特征参数到空化流场特征参数的特征关系建模；五、利用获取的螺旋桨空化尾流压力脉动信号特征，进行螺旋桨侧斜角特征判断。

在进行船用螺旋桨模型脉动压力测试实验过程中，由于伴流的波动、桨叶表面粗糙度、加工误差、破损或海生物附着等因素，会引起螺旋桨空泡的不稳定，导致测量脉动压力出现不稳定的波动，此现象会导致脉动压力在进行傅里叶转换时，分析结果的不稳定，使试验预报的脉动压力值偏低，进而低估螺旋桨空泡脉动压力引起的船舶振动等级。

因此，需要对不稳定的脉动压力采集值进行补偿，即筛选出稳定的脉动压力波动周期，用该稳定的波动周期替代掉不稳定的脉动压力波动周期。

发明内容

本发明提供了一种针对不稳定螺旋桨空泡脉动压力信号的补偿处理方法，可以对不稳定的脉动压力采集值进行补偿，使得船用螺旋桨模型脉动压力测试实验过程中获得的信号数据更稳定。用补偿后的数据进行FFT频谱分析，获得信号的特征频率和幅值，避免了因不稳定空泡脉动压力信号引起的脉动压力幅值偏低，而低估螺旋桨引起的船舶振动等级。

一种针对不稳定螺旋桨空泡脉动压力信号的补偿处理方法，包括以下步骤：

(1)采集螺旋桨的脉动压力信号，确定脉动压力信号采集的大周期T和小周期t，并初步筛选获得符合稳定空泡特征的脉动压力信号最低值库；

(2)获取符合稳定空泡脉动压力信号的标准区间；

(3)剔除不稳定空泡造成的脉动压力不稳定小周期；