螺旋桨鸣音的特点及其机理

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。