ISO 20233-1:2018 船舶および海洋技術—船舶設計におけるプロペラキャビテーション騒音評価のモデル試験方法—パート1:ソースレベルの推定 | ページ 2

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

序文

ISO (国際標準化機構) は、国家標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合体です。国際規格の作成作業は通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。政府および非政府の国際機関も ISO と連携してこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するあらゆる事項について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。

この文書の作成に使用される手順と、そのさらなる保守を目的とした手順は、ISO/IEC 指令Part 1 部に記載されています。特に、さまざまなタイプの ISO 文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令Part 2 部の編集規則に従って起草されました ( www.iso.org/directives を参照)

この文書の要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、かかる特許権の一部またはすべてを特定する責任を負わないものとします。文書の作成中に特定された特許権の詳細は、序論および/または受け取った特許宣言の ISO リストに記載されます ( www.iso.org/patents を 参照)

本書で使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、推奨を構成するものではありません。

規格の自主的な性質、適合性評価に関連する ISO 固有の用語と表現の意味、および貿易の技術的障壁 (TBT) における世界貿易機関 (WTO) 原則への ISO の準拠に関する情報については、以下を参照してください。次の URL: www.iso.org/iso/foreword.html

この文書は、技術委員会 ISO/TC 8, 船舶および海洋技術、SC 8, 船舶設計によって作成されました。

導入

船舶騒音を低減するには、船舶騒音の特性を理解する必要があります。商業船の主要な騒音源であるプロペラ騒音は、主にスペクトル高調波としての回転と、広帯域騒音としてのキャビテーションによるものです。漁業調査船や軍艦などの特殊船には、運転条件下でキャビテーションが少ない、またはまったくない静かなプロペラが必要です。

プロペラのキャビテーション騒音は、プロペラの設計段階で実験的および/または数値的手法によって評価できます。 CFD や経験式などの数値的手法は、プロペラのキャビテーション騒音評価の良い代替手段となる可能性があります。ただし、モデルテストは、広範囲の周波数に対するプロペラキャビテーションの本格的な音源強度を予測するために依然として広く使用されています。

この文書は、プロペラのキャビテーション騒音評価のための標準化されたモデル試験方法を提供するために開発されました。この資料は、プロペラのキャビテーション騒音特性を設計初期段階で模型試験により適切に評価することを目的としています。

1 スコープ

この文書は、船舶設計におけるプロペラキャビテーション騒音評価のためのモデル試験方法を規定します。

この手順には、ノイズ源の再生、ノイズ測定、後処理、およびスケーリングが含まれます。対象騒音源はプロペラキャビテーションです。したがって、この文書では、モデルと船舶の間の類似性の法則に基づいて船舶のキャビテーション パターンを再現するための試験セットアップと条件について説明します。プロペラ騒音は3段階で測定されます。各段の測定対象はプロペラキャビテーション騒音、暗騒音、伝送損失です。発生源レベルの評価では、測定されたプロペラのキャビテーション騒音に暗騒音と伝送損失の補正が適用されます。最後に、スケーリング則を使用して、モデル スケールの結果からフルスケールの発生源レベルが推定されます。

2 規範的参照

以下の文書は、その内容の一部またはすべてがこの文書の要件を構成する形で本文中で参照されています。日付が記載された参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。

  • ISO 17208-1: 2016, 水中音響 — 船舶からの水中音の説明と測定のための量と手順 — Part 1: 比較目的で使用される深海での精密測定の要件
  • IEC 61260, 電気音響 - オクターブバンドおよびフラクショナルオクターブバンドフィルター
  • ITTC — 推奨手順とガイドライン 7.5-02-01-05:モデルスケールのプロペラキャビテーション騒音測定

3 用語と定義

この文書の目的上、次の用語と定義が適用されます。

ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。

3.1

音響センター

すべての騒音源が単一の点音源として同じ場所に配置されるwhere

注記 1:音響中心は、予想されるキャビテーション範囲の中心です。

3.2

背景雑音

テスト対象のソース以外のすべてのソースからのノイズ

3.3

キャビテーション数

σnn

次のように定義される無次元量mml_m1
p _は総静圧です。
p vは蒸気圧です。
ρは流体の密度です。
nはプロペラ回転速度 (rps) です。
Dプロペラの直径です。

注記 1:全静圧 ( p 0 ) は、大気圧と、通常、0.7 R, ( など) の、ディスク上部の予想されるキャビテーション範囲の中心に近い特定の点で測定される水没深度圧力で構成されます。 R: プロペラの半径)、プロペラの中心線より 0.8 R または 0.9 R 上ですが、プロペラの中心線も使用されます。

3.4

ノイズ源

騒音を発生させる機構または物体

注記 1: この文書では、主な騒音源はプロペラのキャビテーションです。

3.5

プロペラ飛行機

軸中心線に直交し、軸中心線と母線との交点(点)を含む仮想平面

3.6

プロペラ推力係数

K T

T /( ρn2D 4 )ここで, T はプロペラの推力として定義される無次元量

3.7

プロペラトルク係数

K Q

Q /( ρn2D 5 )ここで, Q はプロペラのトルクとして定義される無次元量

3.8

基準距離

音源レベルの変換に使用される距離であり、音響中心からの距離として 1 m として定義されます。

3.9

参照フィールド

所定の位置、つまり音響中心に配置された仮想音源を使用して測定される音圧場。

注記 1:参照フィールドは、ソースレベルを計算するために使用されます。

3.10

音圧レベル

SPL

L p

規定の周波数帯域における測定音圧の時間平均二乗圧力と、デシベルで表される基準値の二乗との比の 10 を底とする対数の 10 倍。 mml_m2
ここで、 p ref =1 μPa

3.11

ソースレベル

sl

音響中心から1m離れた基準距離における測定音圧の換算量

3.12

仮想ソース

送信パワーが事前にわかっている人工音源

3.13

目を覚ます

プロペラ機での船の航跡のシミュレーション

注記 1:モデルテストでは、航跡画面または船舶モデルを使用して船の航跡がシミュレートされます。

参考文献

1ITTC — 推奨手順とガイドライン 7.5-01-02-02:プロペラ モデルの精度
2ITTC — 推奨手順とガイドライン 7.5-01-01-01:船舶モデル
3Ikebuchi et al. キャビテーション トンネル内の空気量とプロペラ ブレードの前縁の粗さがキャビテーションの性能に及ぼす影響。日本船舶技術センター技術報 1984, 12, 9–19 ページ
4IEC 60565, 水中音響 - ハイドロフォン - 周波数範囲 0.01 Hz ~ 1 MHz での校正
5ITTC — 推奨手順とガイドライン 7.5-02-03-03.3, キャビテーションによる圧力変動モデルのスケール実験
6ITTCキャビテーション委員会、キャビテーション委員会報告書。第18回国際曳航戦車会議 1987年
7流体力学的騒音に関するITTC専門委員会、第 27 回 ITTC への最終報告書および勧告、第 27 回 ITTC 議事録 2014, 2 , pp. 639–679
8ブラウン NA, キャビテーション ノイズの問題と解決策。手続き。船舶音響に関する国際シンポジウム 1976 年、21–38 ページ
9Arveson PT, Vendittis DJ, 現代の貨物船の放射騒音特性。アメリカ音響学会誌。 2000, 107, (1)、118–129ページ
10ウェイクフィールドの拡張に関するITTC専門委員会、最終報告書および第 26 回 ITTC への勧告。第26回ITTCの議事録 2011年、 第2回
11笹島 H, 田中 I, 鈴木 T 和気のフルシップの分布。日本造船学会誌 1966 年、120, 1 ~ 9 ページ
12Hoekstra M. モデル航跡調査に基づく本格的な船舶の航跡特性の予測。国際的な造船の進歩 1975, 2, 204-219 ページ
13ISO/IEC Guide 98-3:2008, 測定の不確かさ — Part 3: 測定における不確かさの表現に関するガイド (GUM:1995)
14ITTC — 推奨手順とガイドライン、7.5-02-01-01:実験流体力学における不確実性の表現に関するガイド

Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives ).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents ).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.

For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: www.iso.org/iso/foreword.html .

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 8, Ships and marine technology, SC 8, Ship design.

Introduction

In order to reduce shipping noise, the characteristics of ship noise should be understood. Propeller noise, which is the major noise source in commercial ships, is mainly due to its turns as spectral harmonics and to cavitation as broadband noise. Special ships such as fishery research vessels and military vessels require quiet propellers with less or no cavitation in their operating conditions.

The propeller cavitation noise can be assessed by experimental and/or numerical methods in the propeller design stage. The numerical method such as CFD or empirical formulae might be a good alternative to propeller cavitation noise evaluations. However, the model tests are still used widely to predict the full-scale acoustic source strength of the propeller cavitation for a wide range of frequencies.

This document was developed to provide a standardized model test method for propeller cavitation noise evaluation. This document is aimed for appropriate evaluation of the propeller cavitation noise characteristics at the early design phase via model tests.

1 Scope

This document specifies a model test method for propeller cavitation noise evaluation in ship design.

The procedure comprises reproduction of noise source, noise measurements, post processing and scaling. The target noise source is propeller cavitation. Thus, this document describes the test set-up and conditions to reproduce the cavitation patterns of the ship based on the similarity laws between the model and the ship. The propeller noise is measured at three stages. The measurement targets for each stage are propeller cavitation noise, background noise, and transmission loss. For the source level evaluations, corrections for the background noise and the transmission loss are applied to the measured propeller cavitation noise. Finally, the full-scale source levels are estimated from the model scale results using a scaling law.

2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

  • ISO 17208-1:2016, Underwater acoustics — Quantities and procedures for description and measurement of underwater sound from ships — Part 1: Requirements for precision measurements in deep water used for comparison purposes
  • IEC 61260, Electroacoustics — Octave-band and fractional-octave-band filters
  • ITTC — Recommended Procedures and Guidelines 7.5-02-01-05: Model scale propeller cavitation noise measurements

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

3.1

acoustic centre

position where all the noise sources are co-located as a single point source

Note 1 to entry: The acoustic centre is the centre of the expected cavitation extent.

3.2

background noise

noise from all sources other than the source under test

3.3

cavitation number

σn

non-dimensional quantity defined as mml_m1
p0is the total static pressure;
pvis the vapour pressure;
ρis the density of the fluid;
nis the propeller rotational speed (rps);
Dis the diameter of the propeller.

Note 1 to entry: The total static pressure (p0) consists of atmospheric pressure and submergence depth pressure which is usually taken at a specific point approximating the centre of the expected cavitation extent in the upper part of the disk, such as 0,7 R(R: radius of the propeller), 0,8 R or 0,9 R above the propeller centreline, although the propeller centreline is also used.

3.4

noise source

noise generating mechanism or object

Note 1 to entry: For the purposes of this document, the main noise source is the propeller cavitation.

3.5

propeller plane

imaginary plane orthogonal to the shaft centre line and including the intersection (point) of the shaft centre line and generator line

3.6

propeller thrust coefficient

KT

non-dimensional quantity defined as T/(ρn2D4) ここで, T is the thrust of the propeller

3.7

propeller torque coefficient

KQ

non-dimensional quantity defined as Q/(ρn2D5) ここで, Q is the torque of the propeller

3.8

reference distance

distance used for source level conversion and defined as 1 m apart from the acoustic centre

3.9

reference field

sound pressure field that is measured using a virtual source located at a given position, i.e. acoustic centre

Note 1 to entry: The reference field shall be used to calculate the source level.

3.10

sound pressure level

SPL

Lp

ten times the logarithm to the base 10 of the ratio of the time-mean-square pressure of the measured sound pressure, in a stated frequency band, to the square of a reference value expressed in decibels by mml_m2
where pref=1μPa

3.11

source level

sl

converted quantity of the measured sound pressure at a reference distance 1 m apart from the acoustic centre

3.12

virtual source

artificial sound source of which transmitting power is known a priori

3.13

wake

simulated ship wake at the propeller plane

Note 1 to entry: For the model test, ship wake is simulated using a wake screen or a ship model.

Bibliography

1ITTC — Recommended Procedures and Guidelines 7.5-01-02-02: Propeller Model Accuracy
2ITTC — Recommended Procedures and Guidelines 7.5-01-01-01: Ship Models
3Ikebuchi et al., Effects of air content in the cavitation tunnel and leading edge roughness of propeller blades upon the cavitation performance. Technical Bulletin of Ship Research Centre of Japan. 1984, 12 pp. 9–19
4IEC 60565, Underwater acoustics — Hydrophones- Calibration in the frequency range 0,01 Hz to 1 MHz
5ITTC — Recommended Procedures and Guideline 7.5-02-03-03.3, Cavitation Induced Pressure Fluctuations Model Scale Experiments
6ITTC Cavitation committee, Cavitation committee report. 18th International Towing Tank Conference. 1987
7ITTC Specialist Committee on Hydrodynamic Noise, Final Report and Recommendations to the 27th ITTC, Proceedings of the 27th ITTC. 2014, 2 , pp. 639–679
8Brown N.A., Cavitation noise problems and solutions. Proc. International Symposium on Shipboard Acoustics. 1976, pp.21–38
9Arveson P.T., Vendittis D.J., Radiated noise characteristics of a modern cargo ship. Journal of the Acoustical Society of America. 2000, 107 (1), pp. 118–129
10ITTC Specialist Committee on Scaling of Wake Field, Final Report and Recommendation to the 26th ITTC. Proceedings of the 26th ITTC. 2011, 2
11Sasajima H., Tanaka I., Suzuki T., Wake Distribution of Full Ships. Journal of the Society of Naval Architects of Japan. 1966, 120 pp. 1–9
12Hoekstra M., Prediction of Full Scale Ship Wake Characteristics Based on Model Wake Survey. International Shipbuilding Progress. 1975, 22 (250), pp. 204–219
13ISO/IEC Guide 98-3:2008, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995)
14ITTC — Recommended Procedures and Guidelines, 7.5–02–01–01: Guide to the Expression of Uncertainty in Experimental Hydrodynamics