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原文传递自主水下航行器噪声预报

论文题名：	自主水下航行器噪声预报
关键词：	自主水下航行器;噪声预报;复合材料;噪声测量实验;声类比方法
摘要：	自主水下航行器（AUV）作为水下无人系统（UUS）的重要组成部分，因其在侦察、通信等方面的强大功能，在战场上发挥重要的功能。站在在海洋生态角度，海洋装备产生的噪声量级逐年提高，对鱼类养殖和海洋哺乳动物生存产生了严重的威胁。军事、民用和生态三方面要求AUV在设计阶段须进行噪声性能的研究，提出噪声控制手段和优化方案。　　本论文针对现有研究中缺乏可靠的实验结果和忽略材料影响两方面的不足，对复合材料AUV进行了实验研究和数值模拟研究。自行设计了AUV噪声测量实验流程，以一艘设计深度为2000m的复合材料AUV为研究对象，测量了多个转速工况下水下辐射噪声数据。在此基础上进行声类比噪声预报，揭示了流固耦合数值模拟对于复合材料AUV噪声预报研究的重要性。本文主要研究内容和研究成果如下：　　（1）开展复合材料AUV多转速噪声实验研究。参考ITTC关于船舶水下辐射噪声、螺旋桨噪声测量的建议和指向性声呐的原理制定了AUV噪声测量方法。对复合材料AUV在300~1000RPM，共8个转速下的噪声进行噪声测量，经过滤除背景噪声处理后作为噪声预报结果准确性的评判标准。　　（2）对AU5-50标准螺旋桨进行水动力数值模拟和流固耦合数值模拟。针对螺旋桨网格划分方式对螺旋桨水动力数值计算结果的影响，进行三种边界层网格计算结果的对比，验证了通过y+值划分边界层网格方法的可靠性。针对材质对螺旋桨水动力性能的影响，对比金属合金和复合材料螺旋桨水动力数值模拟结果之间的差异，证明复合材料对螺旋桨的水动力数值模拟影响更大。　　（3）对AUV约束模型进行全流场的流固耦合数值模拟和声类比噪声预报。针对准确模拟流场，对AUV先后进行非定常数值模拟和流固耦合数值模拟。数值模拟结果证明，约束模型对流场的分布有本质上的影响。在将复合材料属性纳入考虑之后，螺旋桨收到的推力和螺旋桨后流场的压力分别增大，同时材质会吸收不规律的推力。基于流固耦合特性的噪声预报可以显著降低空化工况下噪声预报误差，并且相同空化程度的噪声预报结果的误差相同。
作者：	王仁智
专业：	船舶与海洋工程
导师：	于昌利
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2020