水动力噪声计算方法综述

准确量化评估水动力噪声,对研制反潜水面舰船、安静型潜艇和隐身鱼雷等高性能航行体具有重要意义。由航行体型线变化、表面曲率不连续和各种扰动引起的三维非定常外流场是航行体水动力噪声的源场。分述航行体表面湍流边界层、空腔振荡、空化和粗糙度诱发水动力噪声的机理和研究进展。在分析水动力噪声数值预报难点的基础上,综述流体动力噪声计算方法研究进展。着重比较在航行体水动力噪声工程预报方面有较好前景的3种方法:声类比法、粘声分离法和声边界条件法。

曲线网格下基于粘声分离方法的流噪声计算

在曲线网格下基于粘声分离方法对流场中的静止圆柱同声波和涡波的相互作用进行研究.首先推导了曲线坐标系下、适用于水流噪声的粘声分离方法(viscous acoustic splitting method,VASM)控制方程,并采用7点色散关系保持(dispersion-relation preserving,DRP)格式和四阶时间差分格式进行计算.然后将静止流场中圆柱壁面对声波反射的计算结果同理论值进行比较,验证了计算方法模拟水中物体对声波散射的准确性.进而模拟了旋涡行走发声的特性,并分析了流速等对声场特性的影响.

澳大利亚未来潜艇外形特点分析

澳大利亚出于国家战略威慑力和能源安全性的考虑,预计在2026年完成下一代潜艇的设计制造,以接替"柯林斯"级潜艇,实现情报收集、对陆打击、协同作战等多重目标。从澳大利亚2026年潜艇的设计理念和具体实现入手,分析其外形特点和改良后的总体性能;在不同雷诺数条件下,采用数值计算方法对2026年潜艇的光体模型进行三维粘性流场数值模拟,分析其快速性以及同一网格划分的计算准确性随速度的变化规律;在雷诺数为3.50×107时,选取同2026年潜艇模型主尺度(L和D)、湿表面积、排水量基本相等的水滴形潜艇光体模型,保证网格数量相近,对其流场进行数值模拟,研究不同外形特点对潜艇水动力特性的影响。计算结果表明,2026年潜艇采用的外形水动力特性略低于水滴形,原因是潜艇设计的边界条件包含水动力特性、总体布置、可靠性、经济性等诸多方面,选取各项性能指标时,要综合考虑,彼此兼顾,达到较优的平衡状态。

空腔不可压缩流动特征及其声学特性研究

空腔作为舰船表面常见结构之一,其流动特征和声学特性近年已成为学术界研究的热点。该文以长深比L/D?2的空腔为原型,改变空腔底面坡度,用数值模拟方法考察空腔形状对空腔流涡结构和声辐射特性的影响。空腔非定常水流场数值模拟采用二维大涡模拟方法,分析了空腔底面坡度对空腔时均和瞬时流动特征的影响,比较了腔中瞬时涡量变化和壁面脉动压力特性。计算结果表明,底面坡度使空腔振荡模式从剪切层模式转变为尾流模式,振荡频率减小;计算结果与空腔流动流场PIV测量结果相比较吻合良好,验证了流场计算的有效性。同时采用LES-Lighthill声类比法混合方法,比较了不同形状空腔的噪声辐射特性;结合流动特征,分析了刚性壁面空腔的噪声机理和空腔底面坡度对声场的影响。分析结果表明,空腔流激振荡发声是主要噪声源,腔体的水动力噪声以低频噪声为主,总噪声级和低频纯声辐射具有指向性,上游辐射声压级较高;底面坡度使声压级增大,对声场指向性影响不大。

不可压缩空腔流振荡模式和声学特性研究

不可压缩空腔流的振荡模式和声学特性研究近年来成为研究的热点,而空腔的长深比(L/H)是影响空腔流振荡模式和声学特性最重要的参数之一。该文在五类不同的长深比(L/H=4:1、2:1、1:1、1:2和1:4)下,来流分别为2 m/s和4 m/s时,对比分析了空腔流的振荡模式和流动特性。另外,使用大涡模拟(LES)声类比混合方法预测不同情况下空腔的声学特性,先用LES计算所得到的空腔非定常流场建立声源项,然后使用Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)声类比来预测远场噪声,比较不同长深比空腔的声学特性。计算结果表明,对L/H=4:1的空腔流动,振荡模式是尾流模式;而在L/H=2:1的情况下,振荡模式是剪切层模式;当L/H减小到一定程度时,将不会发生振荡。空腔的主要噪声源是空腔流激振荡,低频下声源声压级较大;空腔的总噪声级具有指向性。

不可压缩旋转涡对的流噪声计算研究

相隔一定距离的两个同向旋涡相互诱导而形成绕中点旋转的涡对,进而诱发流噪声。该文基于不可压缩流场提供的非稳态流动信息,采用黏声分离法研究水流场中旋转涡对的声学特性。计算结果同理论值进行比较,并探讨了计算条件对计算稳定性和准确性的影响。计算结果表明:在选取合适的计算参数(人工阻尼、网格尺寸和时间步长)的情况下,黏声分离法方法适用于预测水流噪声。对不可压缩旋转涡对的声场特性进行分析,得到旋转涡对声压图案类似四极子,在远场接近圆柱波;随着旋转马赫数的增加,声压级增大。