喷水推进泵空化调制特征机理分析及其特征提取方法的研究

Waterjet propulsion has been widely used on high performance marine vessels owing to its outstanding integrated properies. After waterjet is installed, the performances of propulsion are changed distinctly when the propulsion system of "hull-propeller-engine" is turned to "hull-waterjet-engine" and the limiting factor is turned from the main engine to the waterjet pump. That is, the main engine is easy to be overloaded in "diesel-propeller" propulsion system and the waterjet pump leans to cavitaion in "diesel-waterjet" propulsion system. Once cavitation occurs in the waterjet pump, the thrust decreases, the efficiency declines, the vibration and the noise increases and the metal denudation happens on the surfaces of the impeller, the guide vane and the flow channel.This project is aimed at depicting the waterjet cavitation modulation character which is used by theory study and physics experimentation.The character is picked up by using different demodulation means，and the evaluation technique is also studyed between mudulation quantity value and cavitation intensity. The theory support and experimentation foundation are provied to identify the cavitation character of waterjet fastly, also it is of great importance to employ the waterjet pump in reason and advance the warship capability.

喷水推进以其优越的综合性能在高速高性能船舶上得到了广泛的应用。采用喷水推进后，舰船推进装置的推进特性发生了显著变化，从原先螺旋桨推进的"船-桨-机"系统中的限制因素是主机，变成了现在喷水推进的"船-泵-机"系统中的限制因素是喷水推进泵，即从"柴油机-螺旋桨"船舶推进系统中的主机容易超负荷到"柴油机-喷水推进"系统中的喷泵容易进入空化区。喷水推进泵一旦发生空化，不仅会引起推力减小、推进效率下降、振动变大、噪声增强，而且会导致叶轮、导叶体和流道等过流部件表面的金属剥蚀即气蚀。本项目旨在利用理论研究和物理试验等手段分析喷水推进泵的空化调制特征，利用信号处理中的不同解调方法来识别并提取特征，通过相应的评估手段和方法来判别调制特征大小和空化强度的对应关系，为准确判断并识别喷水推进泵的空化强度提供理论支撑和试验基础，也为喷水推进泵的合理使用和提高舰艇的战技术性能提供重要参考。

航行中的舰船是水中的噪声源之一，其中推进器运行时产生的空泡被认为是除主机产生的机械噪声之外的最大噪声源，是敌方用于甄别舰船的一种直接而且有效的媒介。空化气泡的产生、发展和溃灭引起的特征伴随着喷水推进泵叶轮的旋转向外辐射并延伸，这类特征的传播势必会增加航行中舰船暴露的可能。.课题组所在的研究团队开展了空化调制特征的机理分析、空泡噪声的数学建模等理论研究和实验室喷水推进泵模型空化模拟、实船喷水推进泵空化测量、调制特征提取方法、解调技术评估以及基于调制特征解调的空化强度量化方法等方面的内容。.（1）从调制与解调的基本概念出发，以螺旋桨的空化噪声信号模型为基础给出了调制包络的信号模型，重点分析了喷水推进泵的空化调制特征机理。.（2）采用基于希尔伯特的解包络技术和基于高通绝对值分析的解包络技术对空化信号进行解调研究，得到了在不同空化强度和噪声强度下的解调谱。.（3）基于labVIEW平台开发了离心泵性能参数自动测试系统，对离心泵内流场进行空化模拟，开展了空化引起的压力信号频率和脉冲特征、振动时域特征和水声信号空化特征频段等研究，通过数值仿真和物理试验相结合研究离心泵的空化特征，为进行喷水推进泵空化测量、判断喷水推进泵空化现象及进行空化调制特征分析奠定了研究基础。.（4）对某喷水推进泵模型进行了空化性能试验，采取了不同的解调方式对调制特征进行了提取，分析了在叶轮和导叶处呈现不同的调制特征的原因。.（5）采用基于希尔伯特变换和高通绝对值的两种解调技术对实船喷水推进泵空化特征频带选择和调制特征解调技术研究，找到了喷水推进泵的空化存在以叶频及其谐频为代表的调制特征，并对两种解调方法在实船数据中解调效果的优劣进行了分析和比较，为喷水推进泵的实船空化监测方案制定和开展研究提供了可行的技术路径。.通过解调技术对喷水推进泵的调制特征进行提取，利用空化调制特征作为判断空化及其强度的重要参数，为实船喷水推进泵的空化监测工作的开展提供了技术储备。