基于仿生技术的流动控制与降噪机理研究

发布时间：2021-09-02 01:42

　　水下航行体的水动力噪声在高航速下将成为主要噪声源,严重破坏了水下航行体的声隐身性能与作战性能。传统上控制水下航行体水动力噪声的方法主要为线型优化,通过流动控制降低水下航行体水动力噪声的研究较少。本文提出了基于仿生的水下航行体水动力噪声控制方法,仿照具有无声运动能力的生物如座头鲸,猫头鹰等,在SUBOFF指挥台围壳前缘与尾缘施加锯齿结构,进行流动控制,降低水下航行体的水动力噪声。针对传统研究忽略指挥台围壳与艇身结合处产生复杂三维流动现象的不足,本文以SUBOFF指挥台围壳-艇身模型为研究对象。对流场进行大涡模拟计算,提取湍流脉动压力,利用声类比与有限元与无限元相结合的方法完成流激噪声计算,全面分析了来流流经指挥台围壳产生马蹄涡,边界层分离,尾涡脱落等不稳定流动现象的成因,分析了它们对流激噪声的贡献。在此基础上,分析了锯齿前缘结构与锯齿尾缘结构流动与噪声控制的机理。发现锯齿前缘结构与尾缘结构推迟了指挥台围壳表面边界层分离,锯齿前缘结构削弱了马蹄涡,锯齿尾缘结构加快了指挥台围壳尾缘处涡结构的破碎,从而降低了指挥台围壳的流激噪声。并计算了不同振幅,不同波长的锯齿结构的流激噪声,研究了它们的改变... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

显示x方向作用力的无穷小运动流体元将牛顿第二定律应用于流动模型，所得到的方程为动量方程，将牛顿第二定律应用

xzx y xx xfxxyzpDt Du ρτττρ + + + + = ( 2 -9 ) 得到 三 个方 向 的动 量 方程 ： zzz y zx zyx yy yzy xzx y xx xfzxyzpDt Dw fyxyzpDt Dv fxxyzpDt Du ρτττρρτττρρτττρ+ + + + = + + + + = + + + + = ( 2- 1 0 ) 以上 为 非 守恒 形 式 的纳 维 - 斯托 克 斯 方程 ， 简 称 非守 恒 形 式的 N- S 方程 。 2. 2 流场 数值 计 算 方法 湍流 非 直接 数值 模 拟方 法 包括 了大 涡模 拟 方法 （L E S ）、 Re y n o ld s 平均 法、 统 计 平 均 等 方 法 。 LE S 方 法 用 对 大 尺 度 涡 直 接 求 解 瞬 时 N- S 方 程 ， 小 尺 度 涡 通 过 模 型 近 似 ；Re y n o ld s 平均 法将 瞬 时的 湍 流脉 动 量 通 过某 种 模型 的时 均 化的 方程 体 现出 来， 不 直接 求 解瞬 时 的 N- S 方程 ，而 是求 解 时均 化 的 Re y n o ld s 方程 ，该 方 程简 称 为 RA N S 。图 2. 3 为湍流 数 值模 拟 方法 的 分 类图 。

图 2. 4 圆 柱脱 出 涡声 场 尾部 脱 出 涡为 例 ，推 导 涡 旋引 起 的 声的 强 度 公式 。 流状 态 时， 涡 脱落 的 周期 可 由下 式 求得 ： DStUf = 劳 哈 尔 数， U 为来 流速 度 ， D 为物 体的 特 征长 度 1S t U> >，因 此 柱 体 等效 为 线 力源 ， 在 图 2. 4 中 ，方 向， 作 用 力 F ={0 , F,0}， F 为 作用 在 单位 柱体 ( )( )dz tFztrccryprtLL∫ ≈ 22020,4,π， 进 一 步得 ： ( ) ( ) ( )12220*12242030,,16 1, FztFzdz drycrLL∫ ∫ Γ = τπρττ 力 表 示为 ：


本文编号：3378057