艦船柔性舵流噪聲產(chǎn)生機(jī)理研究.pdf

1、流噪聲是艦船噪聲的主要來(lái)源之一，隨著機(jī)械噪聲和螺旋槳噪聲得到有效控制，流噪聲問(wèn)題日益突出。本文以二維舵體繞流問(wèn)題為研究對(duì)象，研究了剛性舵、柔性舵繞流的非定常流動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)流噪聲的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析。考慮了流體-舵體之間的相互作用，分析了舵體的柔性變形對(duì)流動(dòng)中聲源的影響。研究了舵體繞流噪聲在空間的傳播特性、噪聲的頻譜特性，并進(jìn)一步分析了舵體變形對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲的影響。
　　首先，利用大渦模擬方法對(duì)NACA0018翼型的非定常繞流場(chǎng)進(jìn)行了仿真

2、。在不同的攻角下，大渦模擬方法較準(zhǔn)確地捕捉到了壁面附近的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，結(jié)果與文獻(xiàn)吻合較好；基于獲得的非定常流場(chǎng)信息，利用 FW-H方程對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的噪聲進(jìn)行了計(jì)算，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的噪聲頻譜特性中捕捉到了試驗(yàn)中的特征頻率。通過(guò)結(jié)果與已有試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了本文所采用的繞流噪聲算法的可靠性。
　　其次，利用大渦模擬方法對(duì)不同攻角和來(lái)流速度下的剛性舵非定常繞流場(chǎng)進(jìn)行了仿真。壁面壓力脈動(dòng)的主要頻率集中在2000Hz以下的頻段，隨著攻角的增大，

3、主要脈動(dòng)壓力的頻率減小，脈動(dòng)幅值逐漸增大；壓力脈動(dòng)的主要頻率和脈動(dòng)幅值均隨著流速的增大而增大。
　　接著，建立了舵體-流體耦合模型，基于弱耦合流固耦合算法和大渦模擬方法對(duì)不同工況下的柔性舵非定常繞流場(chǎng)進(jìn)行了仿真。柔性舵在兩側(cè)壓差的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，受渦脫落的影響，舵體尾緣不停地作小幅振蕩；0°攻角是一個(gè)特殊的工況，渦脫落是一個(gè)嚴(yán)格的周期性過(guò)程，此時(shí)渦脫落頻率與壁面的壓力脈動(dòng)頻率一致；舵體的柔性變形有效地控制了流動(dòng)分離，減小了湍流區(qū)域

4、和尾流的紊亂，柔性舵對(duì)湍流流動(dòng)的抑制作用攻角越大越明顯，使得壓力脈動(dòng)的幅值大大降低。
　　最后，基于剛性舵、柔性舵的非定常流場(chǎng)仿真結(jié)果，利用考慮具有任意運(yùn)動(dòng)固體邊界的流動(dòng)噪聲問(wèn)題的FW-H方程對(duì)剛性舵繞流和柔性舵繞流的遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲輻射進(jìn)行了計(jì)算，獲得了剛性舵、柔性舵繞流的壁面偶極子源分布、遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲輻射特性，并進(jìn)行了對(duì)比分析。轉(zhuǎn)捩區(qū)的壁面偶極子源最強(qiáng)，其次是湍流區(qū)，層流區(qū)的壁面偶極子源最弱，相對(duì)剛性舵，舵體的柔性變形顯著減弱了壁面偶極子