三维刚性壁面空腔-圆柱凸体组合结构水动噪声研究

摘要

空腔、凸体及其组合结构是水下航行器表面上常见的结构。当水流经过这些结构时,会产生水动噪声,既影响搭载在其上的声学仪器的探测精度,又降低自身的声学隐蔽性,同时给海洋环境带来噪声污染,影响海洋生物的正常生长。目前关于单空腔及单圆柱凸体的气动噪声研究较多,但关于空腔—凸体组合结构的气动噪声和水动噪声的研究很少,且水动噪声有其不同于气动噪声的特点,因此开展空腔-凸体的水动噪声的研究很有必要。
　　本文根据水下航行器上搭载的天线、声通讯等的安装结构特征,将其简化为刚性壁面空腔-圆柱凸体组合结构,采用大涡数值模拟(LES)-Lighthill等效声源混合法研究该结构的非定常流动机制及水动噪声特性,为水下航行器的降噪技术提供理论指导。取得研究成果如下:
　　(1)通过对圆柱空腔-凸体组合结构、单圆柱凸体、单圆柱空腔非定常流动机制及水动噪声特性的分析表明,对于圆柱空腔-凸体组合结构,由于圆柱凸体的存在减弱了腔体边界层的涡旋流动,至使组合结构的声辐射既不像单空腔结构表现出偶极子特性,也不像单圆柱凸体结构表现出四极子特性,而是介于偶极子和四极子之间。
　　(2)基于正交试验,对影响空腔-圆柱凸体组合结构水动噪声的因素进行了分析,结果表明,当水下航行器低速航行时,速度对组合结构水动噪声的贡献不显著,而高深比(圆柱凸体的高度与圆柱空腔的深度之比)则是影响组合结构水动噪声的主要因素,其次是直径比(圆柱凸体与圆柱空腔直径之比);方形空腔-圆柱凸体组合结构的水动噪声较圆柱空腔-凸体组合结构的水动噪声小。
　　(3)研究了圆柱空腔-凸体组合结构上游存在圆柱凸体结构时的流动机制及水动噪声特性,结果表明,当两圆柱中心距在3d(d为圆柱直径)以内时,上游圆柱凸体对其下游的组合结构水动噪声影响较大,当两圆柱中心距大于4d以后,上游圆柱凸体与其下游组合结构的相互作用逐渐减弱,表现出各自独立的流动特性及声辐射特性。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2水下航行器噪声的研究范畴

1.3流体动力声学研究进展

1.4声学比拟法应用现状

1.5空腔与圆柱凸体流动噪声研究进展

1.6本文主要研究内容

第二章 流体动力声学理论基础

2.1引言

2.2流体力学理论基础

2.3声学理论基础

2.4本章小结

第三章 空腔、圆柱凸体及其组合结构的水动噪声特性

3.1引言

3.2计算模型的建立

3.3非定常流动机制分析

3.4水动噪声及辐射机理分析

3.5本章小结

第四章 空腔－圆柱凸体组合结构参数优化

4.1引言

4.2凸体高度对涡流噪声的影响

4.3空腔－凸体组合结构的涡流噪声优化

4.4组合结构腔体形状研究

4.5本章小结

第五章 圆柱和组合结构的水动噪声特性

5.1引言

5.2计算模型的建立

5.3流场特性分析

5.4声学特性分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢