發(fā)布時(shí)間：2020-11-11 06:04

　　 潛艇在水下高速航行時(shí),水動(dòng)力噪聲成為主要噪聲源,極大的破壞了潛艇的聲隱身性能,渦流發(fā)生器是空氣動(dòng)力學(xué)中較為常見(jiàn)的流動(dòng)控制裝置,本文提出了基于渦流發(fā)生器控制指揮臺(tái)圍殼的不穩(wěn)定流動(dòng),降低其水動(dòng)力噪聲的方法,從流動(dòng)控制角度為降低潛艇水動(dòng)力噪聲提供了新的思路。本文以SUBOFF標(biāo)準(zhǔn)潛艇的指揮臺(tái)圍殼-艇身模型為研究對(duì)象,通過(guò)大渦模擬(LES)求解流場(chǎng)信息,利用聲類比及有限元與無(wú)限元結(jié)合的方法求解流激噪聲,分析圍殼與艇身結(jié)合處產(chǎn)生的馬蹄渦激勵(lì)圍殼產(chǎn)生的流激噪聲特性,采用在圍殼前緣與艇身結(jié)合處施加機(jī)械式渦流發(fā)生器的方法,減弱馬蹄渦的強(qiáng)度,降低因馬蹄渦產(chǎn)生的流激噪聲。分析圍殼表面邊界層分離與尾渦脫落產(chǎn)生的流激噪聲特性,采用在圍殼轉(zhuǎn)捩區(qū)施加微型渦流發(fā)生器的方法,控制邊界層分離,降低因邊界層分離與尾渦脫落產(chǎn)生的流激噪聲,分析了機(jī)械式渦流發(fā)生器與微型渦流發(fā)生器的流動(dòng)與噪聲控制機(jī)理。通過(guò)改變機(jī)械式渦流發(fā)生器的形狀,與來(lái)流方向夾角,距圍殼前緣距離;改變微型渦流發(fā)生器的攻角,入射角、高度,確定了降噪效果最佳的兩類渦流發(fā)生器幾何參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)開(kāi)展試驗(yàn)驗(yàn)證,在重力式水洞中利用混響法與湍流脈動(dòng)壓力測(cè)量法測(cè)量了添加機(jī)械式渦流發(fā)生器模型的水動(dòng)力噪聲,進(jìn)一步評(píng)價(jià)了機(jī)械式渦流發(fā)生器的降噪能力,驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。本文的研究結(jié)果為潛艇水動(dòng)力噪聲的治理提供了相關(guān)參考,為高航速條件下的潛艇減振降噪奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U674.76
【部分圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文接求解瞬時(shí)的 N-S 方程，無(wú)需對(duì)湍流流動(dòng)做近似與簡(jiǎn)化，可以得到非常準(zhǔn)確的結(jié)果，但是 DNS 法對(duì)內(nèi)存空間與計(jì)算速度要求非常高，目前無(wú)法真正意義上用于計(jì)算。非直接模擬法中的雷諾應(yīng)力平均法重點(diǎn)分析的是湍流引起的平均流動(dòng)變化，將瞬時(shí)的湍流脈動(dòng)量通過(guò)時(shí)均化方程體現(xiàn)，通過(guò)求解時(shí)均化的雷諾應(yīng)力方程代替求解瞬時(shí)的 N-S 方程，時(shí)均化的雷諾應(yīng)力方程又被稱為 RANS 方程，故雷諾應(yīng)力平均法可以被稱為 RANS 方法。大渦模擬法（LES）放棄了全尺度范圍的渦的模擬，將比網(wǎng)格尺度大的渦結(jié)構(gòu)通過(guò)求解N-S 方程得到，小尺度渦對(duì)大尺度渦的影響通過(guò)模型進(jìn)行近似，圖 2.1 為上述湍流數(shù)值模擬方法的分類圖。

圖 2.2 模型流激噪聲輻射示意圖 2.2 所示，模型 S 向無(wú)限大的區(qū)域 V 輻射流激噪聲，模型表面流激噪在 V 內(nèi)滿足波動(dòng)方程：得到 Helmholtz 方程如下：022 P kP P為復(fù)數(shù)形式的振幅，其與空間坐標(biāo)及頻率有關(guān)，k 為波數(shù)。引入有的方法，其中在 V1區(qū)域采用有限元的方法進(jìn)行離散求解，在 V2區(qū)域進(jìn)行離散求解。V1依照有限元方法離散為有限個(gè)單元，(2-29)可表示為： K kMP F2 K 為剛度矩陣，M 為質(zhì)量矩陣，F(xiàn) 為載荷列向量V2區(qū)域使用一層無(wú)限單元進(jìn)行離散，無(wú)限元單元內(nèi)流激噪聲聲場(chǎng)可由壓插值得到：1122P P P ，2 為插值函數(shù)，單元的質(zhì)量矩陣與剛度矩陣可以表示為： e ijeijMWde e eKWd

該模型比例為 1:48，模型幾何參數(shù)如圖所示。圖 2.3 物理模型示意圖2.3.2 計(jì)算方法本文使用 ICEM CFD、Solidworks、CATIA 完成了原始模型與含渦流發(fā)生器三維模型的設(shè)計(jì)，流場(chǎng)與聲場(chǎng)計(jì)算模型的建立和網(wǎng)格劃分，使用 CFD 軟件 Fluent 求得流場(chǎng)信息，使用聲學(xué)有限元計(jì)算軟件 ACTRAN 計(jì)算模型的流激噪聲，計(jì)算流程如圖 2.4 所示。圖 2.4 計(jì)算流程圖
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