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螺旋桨桨叶变形对水动力噪声的影响研究
| 论文题名： | 螺旋桨桨叶变形对水动力噪声的影响研究 |
| 关键词： | 螺旋桨;无空泡噪声;数值预报;桨叶变形;流固耦合 |
| 摘要： | 复合材料螺旋桨在工程上的应用广泛，在流体作用下其桨叶会产生较大的形变，对螺旋桨噪声存在影响，其与水动力噪声的发生位置相同。为了探究柔性螺旋桨非空泡噪声的发声机理，研究桨叶产生变形对于噪声的影响，本文基于FW-H方程编写了螺旋桨噪声预报程序对此进行研究。 首先对螺旋桨非定常水动力性能进行仿真，获取流场数据。首先进行非定常仿真计算，并基于CFD-Post的宏命令，进行二次开发，编写数据获取脚本，快速导出不同时间步下各节点坐标、压强分布以及运动方向的切应力分布等流场数据。验证数据并编写数据接口，为后续螺旋桨噪声计算提供数据基础。 再基于FW-H方程开发噪声预报方法。明确FW-H方程时域积分解——Farrasat1式中各项的含义，并推导流体粘性在式中的位置，对式中时间延迟、面元积分和时间微分做相应处理，编写非定常工况下考虑粘性的噪声预报程序，利用流场数据进行预报，与数值模拟结果做对比，验证程序的可靠性，证明编写的预报方法是可行的。 接着利用编写的噪声预报方法对桨叶不同分区的噪声贡献进行分析。按照直径将桨叶平均分成四个区域，并做单位面积处理，预报结果表明：从径向上观测，在叶根处具有明显的高频分量；但随着半径的增大，高频分量变得不明显。其中厚度噪声的贡献量随着半径的增大而增大；而载荷噪声的贡献量沿着径向先增大，但在叶梢部分有减小的趋势，总噪声的变化趋势与载荷噪声相似；从轴向上观测，沿着半径方向变化不明显，但有略微增大的趋势。 最后利用编写的噪声预报方法研究桨叶变形对水动力噪声的影响。使用自定义函数以及仿真软件得到变形的结果，探究桨叶产生均匀变形、周期性变形对于噪声的影响，以及在非均匀伴流下考虑流固耦合作用对噪声的影响。结果表明：相较于未发生变形时，产生均匀变形对噪声近乎没有影响；产生周期性变形时，总声压级波动了约2.91dB；在伴流下考虑流固耦合的作用后，总声压级波动了约4dB，由此可以看出，刚性桨产生小变形对于噪声具有一定影响，若采用复合材料螺旋桨产生大变形则对噪声的影响更加明显。 |
| 作者： | 黄哲科 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 周军伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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