详情

原文传递舰艇柔性舵流体辐射噪声特性分析

论文题名：	舰艇柔性舵流体辐射噪声特性分析
关键词：	舰艇;柔性舵流体;辐射噪声;动网格控制
摘要：	舰艇舵体绕流噪声是其噪声源的重要组成部分。为研究舰艇柔性舵降噪特性，分析其降噪机理并揭示舵体弹性尾缘结构参数对降噪效果的影响，本文选用噪声混合预报的方式计算了舵体在不同工况下的绕流辐射声场。针对NACA0018翼型舵体选用大涡模拟湍流模型计算了其绕流流场，将绕流流场计算所得声源数据通过声类比理论计算得到其辐射声场。　　为分析柔性舵降噪机理，文章开发了结构场-流体场耦合场计算模型，模型采用了基于扩散原理的动网格控制方法及亚松弛的慢加速收敛算法，计算了柔性尾缘舵体的绕流流场及其辐射声场。为揭示舵体弹性尾缘结构参数对降噪效果的影响，计算了不同阻尼系数及弹性模量下的柔性舵绕流流场，并通过对流FW-H积分方程计算了其辐射声场，对其辐射噪声进行细化以研究结构材料参数对绕流噪声的影响规律及对应噪声项的关联性。　　通过对比不同攻角下舵体绕流流场发现，随着攻角增大舵体吸力面边界层转捩点逐渐向上游移动且边界层厚度逐渐增大，压力面边界层厚度逐渐降低。吸力面与压力面湍流边界层内产生的涡交替脱落，在这个过程中伴随着壁面压力脉动，随着攻角增大壁面压力脉动频率降低。通过对比不同来流速度下舵体绕流流场发现，随着流动速度升高，舵体壁面边界层转捩点逐渐向下游移动，湍流边界层厚度逐渐减小，壁面压力脉动频率升高。柔性尾缘变形随着流速增大而增大，这种变形有效地减小了壁面流动分离，抑制了舵体壁面的流动分离减小了由壁面压力脉动所致的辐射噪声。但由于柔性尾缘变形及摆动所产生的噪声同样不可忽视。　　通过声类比理论，使用对流FW-H积分方程计算了舵体绕流辐射声场。舵体绕流噪声呈偶极子特性，整体上柔性舵绕流噪声较刚性舵绕流噪声小，具有一定的降噪效果。需要注意的是，在靠近0°与180°（即与舵体弦向重合方向）处柔性舵噪声总声压级较刚性舵噪声总声压级略高。除此之外，柔性舵绕流噪声呈现偶极子特性但并不是严格的以舵体弦向为对称轴，这是由柔性舵尾缘的变形及其非线性的波动造成的。　　通过对绕流噪声频谱特性进行分析，绕流噪声由载荷噪声及厚度噪声组成，而与壁面应力张量相关的载荷噪声占主要组成部分。除此之外，柔性舵降低噪声的主要频率在高频段，主要为1000Hz以上频段，针对低频噪声，其降噪量不明显。　　通过计算弹性尾缘不同阻尼系数下的绕流辐射声场发现，随着阻尼系数升高，舵体的绕流噪声逐渐减小。绕流噪声中，载荷噪声占据其主要成分，其呈偶极子特征，而厚度噪声呈单极子特性，载荷噪声约为厚度噪声的2倍。不同阻尼系数下载荷噪声及厚度噪声主要在高频段存在一定的差异性，但其区分性较低。阻尼系数的升高降低了柔性尾缘横向位移rms值，其频谱特征显示不同阻尼系数下柔性尾缘横向振动的区分主要体现在频率高于1500Hz的高频段，这与绕流声场远场项的影响趋势一致，说明柔性尾缘的变形与绕流声场远场项存在关联性。　　通过计算弹性尾缘不同弹性模量下的绕流辐射声场发现，随着弹性模量升高，舵体的绕流噪声逐渐减小。在不同弹性模量下厚度噪声声压级频谱结构类似，但幅值存在一定的区分性，此现象在厚度噪声近场项及远场项上均有体现。弹性模量的增大降低了柔性尾缘横向位移rms值，其频谱特征显示不同弹性模量下其频谱结构类似但幅值存在一定的区分性，这与厚度噪声变化趋势一致，说明柔性尾缘的变形与绕流噪声的厚度噪声项存在关联性。
作者：	封纪港
专业：	动力工程
导师：	刘占生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021