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螺旋桨脉动压力及其诱导的船舶振动与噪声研究
| 论文题名： | 螺旋桨脉动压力及其诱导的船舶振动与噪声研究 |
| 关键词： | 螺旋桨;脉动压力;数值预报;船体振动;舱室噪声 |
| 摘要： | 随着船舶的大型化、高速化和结构轻量化步伐加快，船舶需要的动力也越来越大，随即带来的是船舶振动噪声问题日趋严峻。在船舶上出现的有害振动案例中，80%是由螺旋桨激振力引起的，而其中又以脉动压力为最主要因素。目前针对脉动压力的传统研究方法中，各自有其相应的不足之处，而近年来随着计算机软硬件技术高速发展，将CFD数值方法应用于求解复杂流场问题在计算精度与稳定性上有了较大的提升，这也为开展脉动压力研究提供了新的思路。本文采用CFD方法对螺旋桨诱导的脉动压力进行预报与控制研究，并将预报结果应用于船体振动与舱室噪声预报，以提高二者的预报精度。论文主要完成以下几部分工作： 1）基于CFD方法对某沿海客船螺旋桨诱导的脉动压力进行了数值预报。采用滑移网格技术建立了船桨一体的瞬态计算模型，编写MATLAB程序实现了对各监测点进行批量的导入、监测以及数据处理；通过对比不同航速下船模阻力试验值与计算值以验证计算模型的可靠性；重点分析了船底板脉动压力在桨上方D×D区域船体表面的分布规律，同时分别探讨了不同梢距、不同转速、不同航速下脉动压力的变化规律。 2）基于CFD方法采用改变桨叶数以及气幕减振两种方法对螺旋桨诱导的脉动压力进行控制研究。研究结果表明采用以上两种方法均具备很好的控制效果。当桨叶数分别从4叶增至5叶、5叶增至6叶时，其脉动压力峰值衰减量分别为23%和51%；当设置气幕喷气流量为0.012~0.024m3/min时，脉动压力峰值的控制效果已达到了40%~54%；从结构响应的角度而言，当激励下降50%时，其引起的结构声将下降6dB。 3）基于有限元法对沿海客船进行了总振动分析、局部振动分析以及全船强迫振动分析。介绍了船体结构振动分析的基本原理，建立了全船有限元模型；分别对满载条件下全船总振动以及各甲板室局部振动进行了模态分析，并依据相应衡准对总振动以及各甲板室局部振动固有频率进行了评估；对三种不同方法计算的螺旋桨激励作用下的全船强迫振动响应精度进行了分析与对比，结果表明将本文CFD方法计算的螺旋桨脉动压力应用于船体振动分析，能较大地提高其计算精度。 4）基于统计能量分析对沿海客船进行了舱室噪声预报与评估。建立全船SEA声学模型，确定了内损耗因子、耦合损耗因子、输入激励等声学参数；对不同频率截断模型噪声预报精度进行了探讨；对比分析了两种不同螺旋桨激励下的声学模型预报精度，结果表明将本文通过CFD-FEA途径计算的螺旋桨结构声激励应用于船舶舱室噪声预报，能够较大地提高预报精度。 |
| 作者： | 阳涛 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 吴卫国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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