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推进器激励下的自主水下航行器辐射噪声分析
| 论文题名： | 推进器激励下的自主水下航行器辐射噪声分析 |
| 关键词： | 水下航行器;辐射噪声;推进器;激励作用 |
| 摘要： | 随着新型水下智能装备的发展和水下观测与探测精度的提高，续航里程远、机动性强、自噪声水平低的长航程自主水下航行器（LRAUV，LongRangeAutonomousUnderwaterVehicle）成为各国研究的热点。在某型用于声学探测的长航程自主水下航行器(简称为“AUV”)的研发过程中，发现水下航行器的噪声源种类繁多且传递路径复杂，其中由推进器激励艇体而产生的辐射噪声严重影响AUV的声学探测精度。本文以此为切入点，开展了AUV受到推进器激励作用时产生辐射噪声的相关研究。主要研究内容与成果如下： (1)使用数值计算的方法分析了螺旋桨的水动力性能，得到了螺旋桨的敞水特性曲线，并将数值计算的结果与敞水实验进行对比，两者误差在10%以内；分析了AUV-螺旋桨耦合系统的水动力特性与AUV周围流场，得到不同工况下的桨叶表面脉动压力和螺旋桨在不均匀流场中产生的非定常载荷。数值计算的结果表明由于AUV的水动力外形，在AUV艉部产生了伴流场，使得螺旋桨的进流速度不同，从而产生了周期性变化的非定常载荷和桨叶表面脉动的压力。 (2)使用仿真与试验的方法分析AUV的耦合模态，仿真分析使用了声学边界元的方法，模态试验应用了多参考点捶击技术，提高了识别模态参数的能力。两种分析结果均表明AUV系统在中低频段以弯曲模态为主，在高频段以呼吸模态为主，并且包含有尾舵和天线的局部模态；由于水附加质量的影响，耦合模态的固有频率相比较空气中下降15%左右。 (3)基于边界元的方法计算了单独螺旋桨的辐射噪声和受到推进器激励下AUV的总体辐射噪声，分析了螺旋桨和AUV的声场特性。结果表明螺旋桨噪声与总体噪声的主要能量集中在中低频段，并且随着频率的升高噪声持续衰减；由于非定常载荷的影响，总体噪声的声压级明显增大并且更加集中在低频段。 (4)设计了一种通过改变螺旋桨转速来分离螺旋桨水动力噪声与AUV结构噪声的试验方法。通过在消声水池开展试验，得到了不同工况下螺旋桨水动力噪声和结构噪声在总体噪声中的贡献，并提出了临界转速和推进器柔性安装基座的减振降噪方案。试验结果表明结构噪声对总体噪声的贡献较大；随着转速的增加，水动力噪声的贡献逐渐增大。 |
| 作者： | 杨业豪 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张宏伟;张立杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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