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仿生圆柱水动力及声学性能数值研究
| 论文题名： | 仿生圆柱水动力及声学性能数值研究 |
| 关键词： | 水下航行器;仿生圆柱;减阻降噪;声学性能 |
| 摘要： | 减阻降噪作为近年来的热点问题之一，在水下航行器的研制过程中显得尤为重要。水下航行器上的凸出结构在其运动时，会产生钝体绕流，这不仅会增加其航行时的阻力，同时也会产生流噪声，不但限制了水下航行器的速度，也降低了其隐蔽性。因此，如何有效的减小阻力、控制噪声便成为一个研究热点。 首先，本文以三维翼型圆柱绕流为基础，基于Lighthill声类比和大涡模拟验证了本文初始模型数值模拟方法的正确性。通过划分三套流场网格，对比阻力系数及St数，验证流场计算的稳定性及准确性；随后以流场结果为声源，划分三套声场网格，对比不同监测点处声压总级，验证声场计算的准确性。进而证明本文模型采用大涡模拟结合Lighthill声类比方法计算流噪声的正确性。 然后，通过观察鸟类的羽毛以及鱼鳍等结构的特征，基于仿生思想，对直翼型圆柱进行改型设计，设计出A、B、C三类共16种带有仿生附体结构的三维圆柱模型。分析了仿生圆柱的水动力特性，结果表明C类仿生圆柱有较优的减阻效果，最大减阻率为9.35%，并从尾流场漩涡特性及压力脉动等方面解释了仿生圆柱的减阻机理。 最后，选出水动力性能较优的仿生圆柱，基于瞬态流场结果，运用Actran求解了仿生圆柱的声场特性，对比了不同圆柱模型的声压频谱特性，分析了仿生圆柱的降噪效果，其中C3仿生圆柱降噪效果较好，最大降噪量约为3.8dB。并从声指向性、升力系数以及声压云图等方面分析了仿生圆柱的降噪机理，为后续仿生结构的参数以及形状优化提供了参考。 |
| 作者： | 夏港华 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 张涛;肖汉林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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