Sonar: Cavitazione e canto delle eliche dei semoventi navali

[C. Del Turco]

 

 

 

 

 

[Ocean's One*]

Grazie, Comandante.

Questo tema è veramente interessante, date le notevoli applicazioni concrete.

Avrei un paio di domande.

 

La prima, di carattere più generale, riguarda le frequenze a cui le eliche "cantano".

In effetti, posso immaginare che l'elica o la pala canti se investita da una forzante che ha la stessa frequenza di una delle risonanze meccaniche del sistema o di parte di esso (ovvero i bordi della pala).

Ma allora mi chiedo: tutte le eliche potrebbero cantare, ma spesso alla velocità di crociera la forzante generata non coincide con una frequenza di risonanza e quindi l'elica non canta?

Oppure, al contrario, c'è una particolare combinazione di masse e rigidezze, caratteristica del singolo esemplare di elica, che fa sì che solo in qualche caso nascano i suddetti picchi del livello spettrale del rumore?    

Insomma, ci sono eliche fortunate e sfortunate? Mi verrebbe da pensare a questo caso...

 

La mia seconda questione riguarda invece la piccola immagine della serie di spettri dell'elica che canta, che purtroppo non riesco a leggere bene.

Cosa c'è sull'asse delle ordinate? Sono dB, e quindi pressione sonora, oppure dB(microPa)/radq(Hz) @1m, e quindi rumore? E qual è la scala numerica?

Basandomi sulla pendenza di +/-6dB/ottava dei tratti attorno al picco, mi verrebbe da dire che ogni tacca verticale in figura è di 2dB, ma naturalmente avrei bisogno di una conferma. Grazie... 

 

Fra l'altro, è molto interessante che la pendenza dei due tratti prossimi al picco sia proprio sui +/-6dB/ottava, per il significato fisico che ha questo valore: su scala SPL, ovvero dB(SPL) = 20*log10(p/p0), abbiamo che +/-6dB corrispondono al raddoppio/dimezzamento del valore di pressione sonora, mentre 1 ottava corrisponde al raddoppio della frequenza. 

Quindi, +6dB/ottava significano proprio proporzionalità diretta fra SPL e frequenza, mentre -6dB/ottava indicano proporzionalità inversa fra SPL e frequenza.

Pensando alla curva di impedenza acustica di un sistema in condizioni di risonanza, di solito abbiamo che la porzione prima della risonanza è dominata dalla rigidezza (con proporzionalità inversa rispetto alla frequenza), mentre dopo la risonanza il tutto è dominata dalla massa (con proporzionalità diretta dell'impedenza acustica rispetto alla frequenza).

Tutto sembra tornare.

Le mie conoscenze acustiche non mi consentono di andare oltre, ma certo il mio feeling è che questa emissione sia ben correlata con le risonanze meccaniche del sistema, cosa che del resto viene detta anche dal buonsenso nonché dall'esaustivo testo qui postato.

Unico dubbio: quanto ho scritto vale per l'SPL, ma vale anche per il livello spettrale di rumore? Io conosco molto poco quest'ultimo...!

 

E grazie in anticipo per i chiarimenti!  

 

 

Edited June 9 by Ocean's One

[C. Del Turco]

Egr. Comandante

Mi congratulo per l'analisi approfondita del mio post.

 

Per le due domande che mi rivolge ecco in sintesi:

 

1) Quasi.... ; il canto dipende dal profilo del lembo d’uscita delle eliche che, se opportunamente sagomato, può evitarlo.

 

2)  Le divisioni delle ordinate della figura degli spettri sono a passi di 5 dB e indicano di quanto  le frequenze di canto, se presenti, superano la pressione di cavitazione espressa in db/microPascal/radq(Hz)

 

Cordiali saluti

C. Del Turco

[Ocean's One*]

Perfetto.

Grazie mille per il chiarimento, e complimenti ancora per tutto questo lavoro.