水下三维孔腔流动控制与降噪技术研究

摘要

多种水下航行体都对噪声控制有着需求。尤其对于潜艇，辐射噪声控制更是生存性和战斗力的根本保证。水动力噪声是航行体三大噪声之一，高速状态下水动力噪声是航行体主要噪声，因此也受到越来也多的关注。孔腔水动力噪声是水下航行体水动力噪声组成的一部分，因此，对水下孔腔的降噪方法进行研究具有重要的现实意义。 本文提出了三种通过流动控制进行降噪的方法:孔腔开口前沿陷窝，孔腔后沿倒角，孔腔后沿导流板。采用了通用大涡模拟、Lighthill声类比和有限元结合的流场-声场联合数值模拟方法，计算了这些流动控制技术对孔腔水动力噪声的抑制作用。利用文献中简支板流激噪声与蒸汽管路阀门腔体流噪声的试验结果，验证了这套数值模拟方法对计算孔腔水动力噪声的适用性。分别计算了使用三种流动控制技术与无流动控制技术的水下三维孔腔水动力噪声，对声场数据与流场数据进行了分析。结果表明:三种方法均能够控制水下孔腔的水动力噪声:陷窝能够在全频带内降低噪声，陷窝的直径与宽深比起决定性作用;倒角可降低高频噪声，倒角角度和倒角线型起决定性作用;导流板可降低低频和高频噪声，受到与来流方向夹角和排列方式的影响。 为了对以上三种流动控制措施的降噪效果进行验证，在重力式低噪声水洞中，采用混响法对有无流动控制措施的三维孔腔的辐射声功率进行了测量。实验结果验证了数值计算的正确性，从而证明本文提出的流动控制技术能够抑制孔腔在多种流速下的水动力噪声。本文的研究结果为潜艇流水孔水动力噪声的治理工作提供了参考。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1 研究背景

1．2国内外研究现状

1．2．1湍流数值模拟研究现状

1．2．2流激噪声的研究现状

1．2．3孔腔噪声研究现状及孔腔噪声控制技术研究现状

1．3．1本文的研究方法

1．3．2本文的工作内容

第2章水动力噪声计算理论

2．1 流体动力学的数值计算方法

2．1．1流体流动的基本方程组

2．1．2 CFD技术的数值计算方法

2．2声类比

2．2．1 Lighthill声类比理论

2．2．2固体面存在时的湍流噪声

2．3本章小结

第3章水下孔腔流激噪声的数值计算

3．1数值计算流程

3．2．1简支板流激噪声

3．2．2蒸汽管路开口阀门流噪声

3．3原型水下三维孔腔的水动力噪声计算

3．3．1模型设置与计算方法

3．3．2计算结果及分析

3．4本章小结

第4章水下孔腔流激噪声的抑制方法研究

4．1陷窝引起的降噪机理分析

4．1．1直径相同不同宽深比陷窝引起的孔腔流激噪声变化规律

4．1．2相同宽深比、直径不同陷窝引起的孔腔流激噪声变化规律

4．1．3结论

4．2后沿倒角降低孔腔噪声的效果

4．2．1后沿倒角角度引起孔腔水动力噪声的变化规律

4．2．2翼形面后沿倒角对孔腔水动力噪声的影响

4．2．3结论

4．3．1不同角度导流板对孔腔流激噪声的影响

4．3．2导流板的排列方式对孔腔流激噪声的影响

4．3．3结论

4．4本章小结

第5章流动控制技术降低孔腔噪声的试验验证

5．1．1混响法测量水下声源辐射声功率研究现状

5．1．2混响法测量水下复杂声源的理论

5．2实验模型

5．3实验环境及实验仪器

5．4实验方案

5．5仿真与实验结果

5．4小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢