原文传递
湍流脉动诱发水下航行器振动声辐射研究
| 论文题名： | 湍流脉动诱发水下航行器振动声辐射研究 |
| 关键词： | 水下航行器;湍流脉动;振动声;辐射特性 |
| 摘要： | 水下航行器流激噪声是由湍流脉动压力诱发的水下航行器流固耦合振动时产生的噪声，对流激噪声的研究和控制不仅可以提高水下航行器的声隐身性能，还可有效提升声纳装备的检测阈值，对水下航行器综合作战性能的提升意义重大。湍流脉动诱发水下航行器振动声辐射属于复杂的多物理场耦合问题，涉及湍流场、结构振动和辐射声场间的相互耦合和能量传递，其形成机理与分布规律不仅与航速、回转体线型有关，还受流固耦合作用下的结构振动特性的影响，且由于高Re数湍流的随机性和多尺度特性，导致流激噪声的形成机理与特性规律较为复杂，因此对其进行系统化研究具有重要意义。本文从工程应用角度出发，开展了湍流脉动诱发水下航行器振动声辐射研究。 首先，从湍流边界层形成机理出发，探讨了基于改进延迟分离涡模拟(IDDES)的水下航行器壁面脉动压力和波数-频率谱的计算方法，进而研究了不同Re数下锥柱球壳结构的脉动压力时空分布特性，计算了锥柱球壳不同区域的波数-频率谱特征，分析了壁面脉动压力与湍流流动之间的关系。研究表明，湍流能量主要集中在低频区，波数-频率谱可以全面真实地反映水下结构表面湍流脉动压力的时空分布特征。 其次，针对不同频段内水下航行器的辐射噪声谱特征，将湍流脉动压力看作随机激励，分别基于耦合FEM/AML方法和统计能量方法计算了锥柱球壳结构中低频流激线谱噪声和高频流激频带噪声，探讨了流致振动噪声的频谱特性和空间分布特性，并分析了流固耦合作用下的结构湿模态和锥柱球壳结构流致振动噪声之间的联系。研究表明，流激噪声在频域内表现出具有明显低频线谱的宽频连续谱分布特征，且低频区的强线谱特征与结构湿模态对应的固有频率相吻合。 然后，基于混响法测试原理，设计了锥柱球壳结构全频段流激噪声试验，采用近场直接测量法和远场空间平均法相结合的方式测试了混响水池截止频率以下和截止频率以上的流激噪声，并与数值结果进行对比分析，探究了流激噪声与流速之间的关系。研究表明，锥柱球壳流激噪声辐射声功率总级近似与来流速度的7次方成正比。 最后，通过数值手段计算了湍流随机脉动压力激励下实艇尺度下Suboff潜艇的全频段振动声辐射响应，探究了实尺度Suboff的脉动压力分布特征以及全频段流激噪声近远场变化规律和空间指向性特征，并研究了航速对实尺度Suboff全频段流激噪声的影响规律，为实尺度水下航行器全频段流激噪声的预报、评估及控制提供数据支撑。 |
| 作者： | 王洪富 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 庞福振 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
