基于N-S方程的艦船螺旋槳空泡噪聲特征研究.pdf

1、螺旋槳空化噪聲是水聲目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)中重要的噪聲源之一,包含了豐富的目標(biāo)推進(jìn)器種類信息和結(jié)構(gòu)特征。這些特征寬容性強(qiáng),具有較好的可分性,是識(shí)別水下目標(biāo)識(shí)別的的重要判據(jù)之一。因此,從噪聲產(chǎn)生機(jī)理上分析空化噪聲的特征對(duì)水聲目標(biāo)識(shí)別具有重要意義。本文旨在通過(guò)螺旋槳空化流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算建立空化噪聲特征與螺旋槳幾何特征和工況特征之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　 論文提出了采用基于黏性多相流理論的求解N-S方程的方法來(lái)分析螺旋槳空化噪聲特征。對(duì)采用N-S方程求

2、解螺旋槳空化流場(chǎng)的數(shù)值方法進(jìn)行了可行性分析。利用混合網(wǎng)格和滑動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)數(shù)值求解非定常納維—斯托克斯(N-S)方程、空泡動(dòng)力學(xué)方程和RiNGκ-ε湍流方程來(lái)預(yù)報(bào)螺旋槳尾流場(chǎng)壓力、速度和汽相體積分?jǐn)?shù)的分布及變化。對(duì)E779A槳、七葉大側(cè)斜槳和DTMB系列槳進(jìn)行三維數(shù)字建模后進(jìn)行空化流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算,并將其結(jié)果與相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
　　 與相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明,采用修正的全空化模型和修正湍流黏性系數(shù)的RNGκ-ε湍流模型后提高了

3、螺旋槳空化及尾流場(chǎng)渦面尾流結(jié)構(gòu)數(shù)值預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。螺旋槳片空化、轂渦空化數(shù)值計(jì)算結(jié)果與相關(guān)實(shí)驗(yàn)基本一致,尾流場(chǎng)梢渦空化也初步顯現(xiàn)。壓力和速度在橫截面的分布及其在尾流場(chǎng)各位置的變化與實(shí)驗(yàn)基本一致。因此,本文所用方法對(duì)螺旋槳空化流場(chǎng)的數(shù)值預(yù)報(bào)具有一定的可行性。本文進(jìn)一步基于螺旋槳參數(shù)變化對(duì)螺旋槳流場(chǎng)進(jìn)行特征分析。壓力和速度在流場(chǎng)中多個(gè)位置的數(shù)值波形及其功率譜特征變化與相關(guān)實(shí)驗(yàn)基本一致,基本反映了尾流場(chǎng)非穩(wěn)定轉(zhuǎn)變的過(guò)程隨著進(jìn)速系數(shù)的減小和槳葉數(shù)

4、的增加而加快。近尾流場(chǎng)的壓力脈動(dòng)波形特征與螺旋槳側(cè)斜角相關(guān)。預(yù)報(bào)的尾流場(chǎng)壓力信號(hào)葉頻和軸頻等特征與螺旋槳模型及設(shè)定參數(shù)一致。
　　 在此基礎(chǔ)上,論文利用球形空泡噪聲模型對(duì)近似球形的螺旋槳空化進(jìn)行噪聲特征的數(shù)值預(yù)報(bào)。結(jié)果表明噪聲低頻線譜特征與螺旋槳槳葉數(shù)目和轉(zhuǎn)速等狀態(tài)特征基本一致。但由于目前空化形成機(jī)理尚未被完全揭示,這一方法很難對(duì)空化噪聲特征進(jìn)行進(jìn)一步分析。此外,本文還通過(guò)E779A槳流場(chǎng)中壓力數(shù)值信號(hào)功率譜與相應(yīng)測(cè)量空化噪聲信