三維剛性壁面空腔流動(dòng)機(jī)制與水動(dòng)噪聲研究.pdf

1、三維剛性壁面空腔結(jié)構(gòu)作為水下航行器表面的一種常見結(jié)構(gòu),其產(chǎn)生的水動(dòng)噪聲及輻射噪聲近年來廣受關(guān)注。從海洋探測角度來講,水下航行器空腔水動(dòng)噪聲不僅影響其上搭載的聲學(xué)設(shè)備的探測精度,而且提高了其自身的噪聲,大大降低了水下航行器的安全性。從海洋環(huán)境角度來講,水下航行器空腔水動(dòng)噪聲造成了海洋的噪聲污染,給海洋生物帶來一定的危害。
　　然而,水通常作為一種高度不可壓縮的流體介質(zhì),馬赫數(shù)較小,聲轉(zhuǎn)換率較低,聲場與結(jié)構(gòu)之間耦合作用較強(qiáng),給空腔水動(dòng)

2、噪聲的預(yù)測帶來很大困難。因此,空腔水動(dòng)噪聲的研究非常必要,也為水下航行器的設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。
　　本文采用大渦數(shù)值模擬(LES)-Lighthill等效聲源混合法對(duì)三維剛性壁面空腔水動(dòng)噪聲進(jìn)行研究,并采用水洞試驗(yàn)對(duì)該方法的可行性和可靠性進(jìn)行驗(yàn)證?；谠摲椒?對(duì)空腔非定常流動(dòng)機(jī)制及水動(dòng)噪聲特性進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,對(duì)不同結(jié)構(gòu)參數(shù)空腔水動(dòng)噪聲特性進(jìn)行了深入的分析,對(duì)不確定環(huán)境參數(shù)空腔水動(dòng)噪聲特性進(jìn)行了具體的研究,從而為水下航行器空腔水動(dòng)

3、噪聲的預(yù)測提供了理論依據(jù),也為水下航行器低噪聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論參考。本文的主要研究成果與創(chuàng)新點(diǎn)為:
　　1.借鑒計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)理論與研究方法,將大渦數(shù)值模擬(LES)-Lighthill等效聲源法從二維空腔水動(dòng)噪聲的計(jì)算推廣到三維剛性壁面空腔水動(dòng)噪聲的研究中,豐富了空腔水動(dòng)噪聲的分析與計(jì)算手段。通過水洞試驗(yàn),分別從流場及聲場角度,驗(yàn)證了LES-Lighthill等效聲源法預(yù)測三維剛性壁面空腔水動(dòng)噪聲的可行性與可靠性。
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4、.基于 LES-Lighthill等效聲源法,針對(duì)典型方形空腔結(jié)構(gòu),分別從渦的結(jié)構(gòu)與分布、脈動(dòng)壓力與時(shí)間相關(guān)性、脈動(dòng)壓力與頻率相關(guān)性等角度分析了三維空腔非定常流動(dòng)機(jī)制。從聲源強(qiáng)度、近場聲壓強(qiáng)度、遠(yuǎn)場輻射噪聲以及近場遠(yuǎn)場傳播指向性等方面,分析了三維空腔水動(dòng)噪聲及輻射機(jī)理。
　　3.從時(shí)間角度,通過對(duì)空腔水動(dòng)噪聲與流動(dòng)時(shí)間的關(guān)系考察,發(fā)現(xiàn)空腔水動(dòng)噪聲隨流動(dòng)時(shí)間的變化服從正態(tài)分布。從空間角度,通過對(duì)三維空腔流場結(jié)構(gòu)及聲場特性的分析,闡明

5、了空腔水動(dòng)噪聲與渦流運(yùn)動(dòng)的相關(guān)性,建立了三維剛性壁面空腔的渦聲關(guān)系。
　　4.基于空腔水動(dòng)噪聲機(jī)理及渦聲關(guān)系的理論分析,探討了不同結(jié)構(gòu)尺寸和形狀的空腔引起的水動(dòng)噪聲特點(diǎn),為水下航行器的低阻、低噪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的理論依據(jù)。
　　5.研究了環(huán)境參數(shù)(水流速度、聲速、密度)對(duì)水動(dòng)噪聲的影響,采用最小二乘法建立了單一環(huán)境參數(shù)與空腔水動(dòng)噪聲的理論模型。針對(duì)各環(huán)境參數(shù)對(duì)空腔水動(dòng)噪聲的耦合作用及非線性特征,建立了環(huán)境參數(shù)與空腔水動(dòng)噪