【摘要】：隨著新一輪軍事技術(shù)革命,未來戰(zhàn)場環(huán)境正在由三維向多維轉(zhuǎn)變,艦艇隱身性能已成為一項戰(zhàn)略性的指標(biāo),其中聲隱身性能是艦艇隱身性能的重要組成部分。研究表明,艦艇的噪聲信號可以在遠(yuǎn)達(dá)數(shù)十至上百公里外被探測到,噪聲每下降10dB,則可探測距離會縮小1/3,可見噪聲已嚴(yán)重影響了艦艇聲隱身性能。除了對艦艇聲隱身性能的影響,艦艇的噪聲也會對艦員的身心健康與艦艇上生活和工作產(chǎn)生不同程度的影響,此外,強烈的噪聲還會導(dǎo)致艦艇裝備和艦艇結(jié)構(gòu)的聲疲勞,輕則影響艦艇的服役年限,重則可能導(dǎo)致災(zāi)難性事故發(fā)生。艦艇是一個復(fù)雜的噪聲體,包括機械噪聲、機槳噪聲、水動力噪聲和氣動噪聲等,其中通風(fēng)管路的氣動噪聲是艦艇總體噪聲的主要來源之一,因此研究通風(fēng)管路的氣動噪聲及降噪方法具有重要的軍事意義,特別是對服役時間較長,噪聲較高的在役艦艇,如何評估艦艇的氣動噪聲水平以及對噪聲進(jìn)行有效抑制,是海軍現(xiàn)役艦艇性能升級改造的重要研究內(nèi)容。本文以艦艇通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)管路為研究對象,對通風(fēng)管路的氣動噪聲產(chǎn)生機理和影響因素進(jìn)行理論分析,以典型的環(huán)形通風(fēng)管路為例進(jìn)行仿真模擬;參考理論分析和仿真模擬的結(jié)果開展噪聲抑制技術(shù)研究,主要內(nèi)容及結(jié)論為:1、理論上分析了艦艇通風(fēng)管路氣動噪聲產(chǎn)生的機理和影響氣動噪聲的因素。分析結(jié)果表明,通風(fēng)管路的噪聲源主要為分布在壁面的偶極子噪聲源,并且管路內(nèi)的氣流速度和管路的橫截面積對氣動噪聲有直接影響。2、以典型的艦艇環(huán)形通風(fēng)管路為例,在PRO/E環(huán)境下建立通風(fēng)管路的三維模型,然后在ICEM CFD環(huán)境下對三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,最后在FLUENT環(huán)境下分別對不同流速和不同橫截面積的通風(fēng)管路進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明,通風(fēng)管路的氣動噪聲屬于中低頻噪聲,噪聲水平與速度成正比,與橫截面積也成正比,而且速度對氣動噪聲的影響水平要高于橫截面積對氣動噪聲的影響水平。3、研究了基于膨脹腔消聲器的艦艇通風(fēng)管路降噪方法。首先分析了簡單膨脹腔消聲器的消聲性能以及影響消聲性能的因素,然后對比分析了內(nèi)插管式膨脹腔消聲器的消聲性能以及影響消聲性能的因素,最后確定了加裝帶有前后內(nèi)插管式的膨脹腔消聲器的方案并在FLUENT環(huán)境下對方案進(jìn)行了仿真驗證,結(jié)果表明,加裝帶有前后內(nèi)插管式的膨脹腔消聲器后通風(fēng)管路的噪聲降低了9.1 dB,降噪比達(dá)到了10%,降噪效果明顯。論文研究方法與研究結(jié)論可為艦艇氣動噪聲評估與抑制改進(jìn)提供參考。
【圖文】：

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文用了加裝穿孔結(jié)構(gòu)的方法，其基本結(jié)構(gòu)如圖 1.3(b)、(c)所示。工程技術(shù)專家對工程上常用的直通穿孔管[40，41]、阻流式穿孔管[42]以及三通穿孔管[43]等不同穿孔結(jié)構(gòu)的膨脹腔消聲器進(jìn)行了大量的實踐分析。實踐分析表明無論何種穿孔結(jié)構(gòu)，穿孔管的穿孔率、穿孔直徑、穿孔管的管壁厚度、空氣溫度以及不同溫度下的不同空氣動力粘度都是影響消聲器的因素[44]。Melling[45]、Sullivan[44，46，47]、Mechelm、Lee[48]、康鐘緒[49]等人基于大量的工程實驗給出了穿孔管的穿孔率、穿孔直徑、穿孔管的管壁厚度、空氣溫度以及不同溫度下的不同空氣動力粘度的經(jīng)驗關(guān)系式。大量的實踐經(jīng)驗表明對于穿孔管膨脹腔消聲器，如果穿孔管的穿孔率超過 1/4 時，無論何種穿孔管只起到導(dǎo)流作用，對降噪幾乎沒有幫助，而當(dāng)穿孔率低于 1/4 時，隨著穿孔率的降低穿孔管膨脹腔消聲器的效果越好[50]。除了上面所說的穿孔管結(jié)構(gòu)，使用內(nèi)插管[51]、回流腔[52， 53]、側(cè)枝共振腔[36]、多腔室聯(lián)合[54]等結(jié)構(gòu)，膨脹腔消聲器的通過頻率也能等到很好地控制。然而受制于膨脹腔消聲器的體積，在工程實際中的應(yīng)用一般由安裝消聲器的實際空間決定。

管的缺點和赫姆霍茲共振器的缺點一樣[36]。Selamet[57]通過對噪聲聲壓和空氣流速的理論分析，提出了平面波在 H-Q 管傳播時的理論公式。對于 H-Q 管而言，主管路和旁通管路的長度差直接決定了傳遞損失峰值的大小。在兩種情況下 H-Q 管的傳遞損失會達(dá)到共振峰值，一是當(dāng)主管路和旁通管路的長度差值為聲波一半波長的奇數(shù)倍時，第二個交叉點處來自主管路和旁通管路內(nèi)的噪聲聲波相位剛好相反從而干涉抵消；二是當(dāng)主管路和旁通管路長度為聲波波長的整數(shù)倍時，聲波的傳播會在主管路和旁通管路構(gòu)成的回路內(nèi)形成循環(huán)，導(dǎo)致第二個交叉點處傳遞聲波能量為 0。而 H-Q 管傳遞損失的整體幅值與主管路和旁通管路的長度差值無關(guān)，但會隨著旁通管路和主管路的橫截面積比的減小而增大。Torregrosa[58]等人通過傳遞矩陣法的分析發(fā)現(xiàn)均勻的空氣流動對簡單 H-Q 管傳遞損失的整體幅值沒有影響，，僅改變了傳遞損失峰值的位置。Karlsson[59]在空氣流動狀態(tài)下建立了復(fù)雜 H-Q 管的聲學(xué)有限元模型，著重研究了傳遞損失峰值形成的原理，并通過實驗進(jìn)行了論證，但遺憾的是在空氣流動狀態(tài)下簡化后的模型與實際中的相差較大，從而致使空氣流動狀態(tài)下的實際測量結(jié)果與理論分析數(shù)值存在較大的差異。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U674.7

【參考文獻(xiàn)】

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1 李曉東;江e

本文編號：2665371