舰艇推进器若干降噪措施及其效果研究

摘要

对于舰艇来说，隐身性能是衡量其生命力的重要指标之一。在工作状态下，舰艇会向外部流场辐射噪声，其中推进器噪声占有很大比重。降低舰艇推进器噪声，能够提高舰艇的隐身性并扩大声纳的有效探测范围，因此推进器的减振降噪研究具有十分重要的意义。本文对推进器附体的减振降噪效果进行研究，采用大涡模拟（LES）方法预报舰艇推进器的非定常水动力性能，获得推进器稳定的流场后加入FW-H声学模型预报其噪声性能。通过对比改造前后推进器的流场信息以及噪声性能，得出附体在推进器中产生的降噪效果。本文的主要工作如下： 介绍基于大涡模拟（LES）方法的计算流体力学求解过程，建立不同网格参数的计算模型，采用SST K-ω湍流模型预报全附体Suboff模型的定常水动力性能，获得稳定的计算流场后，继续采用大涡模拟方法预报艇体的非定常水动力性能。观察艇体表面网格厚度对计算误差的影响，确定精度较高的网格划分方式后，输出潜艇桨盘面处的伴流场分布。基于大涡模拟方法的潜艇非定常水动力性能预报过程和伴流场计算结果为推进器水动力性能计算打下基础。 对螺旋桨、毂帽鳍和舵所组成的推进器组合体进行空泡水筒试验研究和数值计算，试验中记录了不同进速系数下推进器各个部分的受力情况，并对推进系统中毂帽鳍的节能效果进行分析。根据实验工况，采用基于诱导速度迭代的面元法和基于滑移网格模型的大涡模拟方法对推进器水动力系数和流场分布进行计算。根据试验结果的验证和不同方法间的对比，确定两种计算方法的可靠性。 介绍基于大涡模拟方法的噪声性能预报方法，并采用该方法计算 NACA0018无限展长三维机翼的气动性能和噪声性能，得到不同攻角下机翼的压力分布、流场变化和噪声性能。通过与试验结果的对比，验证本文所用噪声性能预报模型的可靠性。采用相同方法预报桨-鳍-舵推进系统的侧向力脉动和噪声强度，结合安装毂帽鳍前后推进系统的流场变化和声压级变化，分析毂帽鳍对涡量场的影响和毂帽鳍产生的降噪效果。 以减速导管截面翼型为基础，建立无限展长水翼模型。在水翼尾缘安装锯齿降噪结构，计算不同参数下水翼的辐射噪声，对比改造前后水翼水动力系数、脉动力以及涡结构，分析锯齿尾缘导管的降噪机理。建立艇后泵喷推进器模型，在整个计算域内划分结构网格，采用大涡模拟方法计算推进器水动力性能，并利用面元法校核水动力性能计算结果。将普通导管替换为锯齿尾缘导管，对比改造前后推进器不同位置的噪声级变化。根据泵喷推进器各部分对噪声性能的贡献以及涡量场的变化情况，分析锯齿尾缘导管的降噪效果。 计算结果表明，推进系统的噪声辐射具有方向性，推进器附体降噪效果同样具有方向性。毂帽鳍降低螺旋桨毂涡强度，减小了推进系统产生的涡流噪声，其中毂帽鳍在螺旋桨轴向上具有更好的降噪效果。泵喷推进器工作时产生了更为复杂的涡量场，锯齿尾缘导管的安装破坏了导管尾涡的周向相关性，将较强的涡分割成若干个小涡并加速涡的扩散，降低了流场中的低频噪声，同时也减小了导管的脉动力。由于导管对推进器的径向噪声贡献较大而转子对轴向噪声贡献较大，锯齿尾缘结构在径向上具有更好的降噪效果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 推进器性能研究进展

1.3 舰艇推进器降噪措施研究现状

1.4 锯齿结构降噪研究现状

1.5 论文的主要内容

第2章 基于大涡模拟方法的潜艇水动力性能预报

2.1 数值计算基本方法

2.2 Suboff模型阻力及流场计算

2.3 本章小结

第3章 推进器组合体的水动力性能研究

3.1 推进器组合体的空泡水筒试验研究

3.2 CFD方法计算模型的建立

3.3面元法计算模型的建立

3.4 桨-鳍-舵系统水动力性能计算结果分析

3.5 本章小结

第4章 桨舵系统中毂帽鳍的降噪效果研究

4.1 NACA0018机翼的气动性能和噪声性能研究

4.2 桨-舵系统中毂帽鳍的减振降噪效果研究

4.3 本章小结

第5章 导管尾缘锯齿结构的减振降噪效果研究

5.1 锯齿尾缘导管计算模型的建立

5.2 不同参数对水翼水动力性能和噪声性能的影响

5.3 锯齿结构减振降噪效果分析

5.4 本章小结

第6章 锯齿尾缘导管泵喷推进器的噪声性能研究

6.1 泵喷推进器水动力性能校核和噪声性能分析

6.2 改造前后泵喷推进器水动力性能预报

6.3 泵喷推进器噪声性能计算结果分析

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢