بررسی عددی جهت‌مندی نویز تونال پروانه دریایی (insean e779a) با بهره‌گیری از آرایه‌های هیدروفونی با چگالی بالا

آلودگی صوتی زیر آب ناشی از پروانه‌ی کشتی‌ها یک نگرانی زیست‌محیطی مهم است که پیش‌بینی دقیق آن در مرحله طراحی برای کاهش اثرات منفی ضروری است. در این مطالعه، عملکرد هیدروآکوستیکی پروانۀ دریایی چهارپرۀ insean e779a در شرایط عدم حضور کاویتاسیون با استفاده از یک مدل ترکیبی دینامیک سیالات محاسباتی بررسی شده‌است. این رویکرد، معادلات ناویراستوکس گذرای میانگین‌گیری‌شده رینولدز (urans) را با آنالوژی آکوستیکی فاکس ویلیامز–هاوکینگز (fw-h)، ترکیب می‌کند تا پس از شبیه‌سازی جریان آشفته، انتشار نویز میدان دور را پیش‌بینی کند. پروانه با سرعت دورانی ثابت 720n = دور بر دقیقه و سرعت پیشروی 1.3v = متر بر ثانیه کار می‌کند که منجر به ضریب پیش‌روی 0.49j = می‌شود. برای نقشه‌برداری دقیق از سطح فشار صوتی (spl)، یک آرایه هیدروفونی شامل 144 گیرنده در حوزه محاسباتی جانمایی شدند. نتایج نشان داد که هیدروفون‌های میدان نزدیک به دلیل آشفتگی شدید، سطح فشار صوتی بالاتری را ثبت می‌کنند، در حالی که این مقادیر در میدان دور به دلیل افزایش فاصله و تضعیف آشفتگی کاهش می‌یابند. تحلیل طیفی بر اساس 12 زاویه متفاوت نشان داد که اختلافات در هارمونیک دوم فرکانس عبور تیغه (2=k) نسبتاً اندک است. با این حال، در هارمونیک‌های سوم و چهارم، واگرایی زاویه‌ای افزایش می‌یابد و برخی زوایا مقادیر بالاتر یا پایین‌تر از مقدار میانگین با مقدار حداکثر 6 دسی‌بل را نشان می‌دهند. این تحقیق با فراهم آوردن داده‌های غنی درباره توزیع مکانی انتشار آکوستیکی، پایه‌ای محکم برای اعتبارسنجی مدل‌های نویز و توسعه فناوری‌هایی جهت بهینه‌سازی پیشرانه‌های دریایی و کاهش آلودگی صوتی زیر آب ایجاد می‌کند.

numerical investigation of tonal noise directivity of the insean e779a marine propeller: enhancing prediction with high-density hydrophone arrays

underwater acoustic pollution generated by ship propellers is a significant environmental concern، making accurate prediction during the design phase crucial for mitigating negative impacts. this study investigates the hydroacoustic performance of the four-bladed insean e779a marine propeller under non-cavitating conditions using a hybrid computational fluid dynamics (cfd) model. this approach combines unsteady reynolds-averaged navier-stokes (urans) equations with the ffowcs williams–hawkings (fw-h) acoustic analogy to simulate turbulent flow and subsequently predict the far-field noise propagation. the propeller operates at a constant rotational speed of n=720 rpm and an advance speed of v=1.3 m/s، resulting in an advance coefficient of j=0.49. to accurately map the sound pressure level (spl)، a hydrophone array comprising 144 receivers was strategically positioned within the computational domain. results indicate that the near-field hydrophones record a higher spl due to severe turbulence، while these values decrease in the far-field due to increased distance and turbulent dissipation. spectral analysis based on 12 different angles revealed that discrepancies at the second blade-passing frequency harmonic (k=2) are relatively minor. however، at the third and fourth harmonics، angular divergence increases، with some angles showing maximum deviations of up to 6 decibels above or below the mean value. this research establishes a robust foundation for noise model validation and the development of technologies for optimizing marine propulsion systems to reduce underwater acoustic pollution by providing rich data on the spatial distribution of acoustic propagation