潛艇在水下高速航行時,水動力噪聲成為主要噪聲源,極大的破壞了潛艇的聲隱身性能,渦流發(fā)生器是空氣動力學中較為常見的流動控制裝置,本文提出了基于渦流發(fā)生器控制指揮臺圍殼的不穩(wěn)定流動,降低其水動力噪聲的方法,從流動控制角度為降低潛艇水動力噪聲提供了新的思路。本文以SUBOFF標準潛艇的指揮臺圍殼-艇身模型為研究對象,通過大渦模擬(LES)求解流場信息,利用聲類比及有限元與無限元結(jié)合的方法求解流激噪聲,分析圍殼與艇身結(jié)合處產(chǎn)生的馬蹄渦激勵圍殼產(chǎn)生的流激噪聲特性,采用在圍殼前緣與艇身結(jié)合處施加機械式渦流發(fā)生器的方法,減弱馬蹄渦的強度,降低因馬蹄渦產(chǎn)生的流激噪聲。分析圍殼表面邊界層分離與尾渦脫落產(chǎn)生的流激噪聲特性,采用在圍殼轉(zhuǎn)捩區(qū)施加微型渦流發(fā)生器的方法,控制邊界層分離,降低因邊界層分離與尾渦脫落產(chǎn)生的流激噪聲,分析了機械式渦流發(fā)生器與微型渦流發(fā)生器的流動與噪聲控制機理。通過改變機械式渦流發(fā)生器的形狀,與來流方向夾角,距圍殼前緣距離;改變微型渦流發(fā)生器的攻角,入射角、高度,確定了降噪效果最佳的兩類渦流發(fā)生器幾何參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,通過開展試驗驗證,在重力式水洞中利用混響法與湍流脈動壓力測量法測量了添加機械式渦流發(fā)生器模型的水動力噪聲,進一步評價了機械式渦流發(fā)生器的降噪能力,驗證了數(shù)值計算方法的準確性。本文的研究結(jié)果為潛艇水動力噪聲的治理提供了相關(guān)參考,為高航速條件下的潛艇減振降噪奠定了基礎(chǔ)。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U674.76
【部分圖文】：

哈爾濱工程大學碩士學位論文接求解瞬時的 N-S 方程，無需對湍流流動做近似與簡化，可以得到非常準確的結(jié)果，但是 DNS 法對內(nèi)存空間與計算速度要求非常高，目前無法真正意義上用于計算。非直接模擬法中的雷諾應(yīng)力平均法重點分析的是湍流引起的平均流動變化，將瞬時的湍流脈動量通過時均化方程體現(xiàn)，通過求解時均化的雷諾應(yīng)力方程代替求解瞬時的 N-S 方程，時均化的雷諾應(yīng)力方程又被稱為 RANS 方程，故雷諾應(yīng)力平均法可以被稱為 RANS 方法。大渦模擬法（LES）放棄了全尺度范圍的渦的模擬，將比網(wǎng)格尺度大的渦結(jié)構(gòu)通過求解N-S 方程得到，小尺度渦對大尺度渦的影響通過模型進行近似，圖 2.1 為上述湍流數(shù)值模擬方法的分類圖。

圖 2.2 模型流激噪聲輻射示意圖 2.2 所示，模型 S 向無限大的區(qū)域 V 輻射流激噪聲，模型表面流激噪在 V 內(nèi)滿足波動方程：得到 Helmholtz 方程如下：022 P kP P為復(fù)數(shù)形式的振幅，其與空間坐標及頻率有關(guān)，k 為波數(shù)。引入有的方法，其中在 V1區(qū)域采用有限元的方法進行離散求解，在 V2區(qū)域進行離散求解。V1依照有限元方法離散為有限個單元，(2-29)可表示為： K kMP F2 K 為剛度矩陣，M 為質(zhì)量矩陣，F(xiàn) 為載荷列向量V2區(qū)域使用一層無限單元進行離散，無限元單元內(nèi)流激噪聲聲場可由壓插值得到：1122P P P ，2 為插值函數(shù)，單元的質(zhì)量矩陣與剛度矩陣可以表示為： e ijeijMWde e eKWd

該模型比例為 1:48，模型幾何參數(shù)如圖所示。圖 2.3 物理模型示意圖2.3.2 計算方法本文使用 ICEM CFD、Solidworks、CATIA 完成了原始模型與含渦流發(fā)生器三維模型的設(shè)計，流場與聲場計算模型的建立和網(wǎng)格劃分，使用 CFD 軟件 Fluent 求得流場信息，使用聲學有限元計算軟件 ACTRAN 計算模型的流激噪聲，計算流程如圖 2.4 所示。圖 2.4 計算流程圖
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本文編號：2878850