声呐导流罩的线型优化

论文摘要

现代大、中型水面舰艇艇艏底部大多配置了艏探测综合声呐基阵并使用具有良好声透性的材质与具有良好声学特性线型的导流罩加以保护,以尽力提高声呐的信噪比,提高艇艏声呐的探测能力和综合性能。球鼻艏型的声呐导流罩突出于舰艏艇体,在航行时,此类突体附近形成的湍流附面层内介质压力及其质点运动速度存在强烈脉动起伏将引起直接的噪声辐射,从而增加艇艏声呐的背景噪声,严重影响声呐的信噪比。由于突体型导流罩的存在,产生一定的流噪声是不可避免的,但在一定的舰船航速下,流噪声的大小则完全取决于导流罩的尺度与线型。本文出于降低导流罩流噪声的工程现实考虑,采用CFD技术开展突体型导流罩流噪声数值计算研究以及导流罩线型优化方法研究。首先,本文基于均匀试验设计法,开展声呐导流罩的建模研究。其次,基于CFD技术,开展声呐导流罩流噪声的数值模拟研究,并与模型试验结果进行了比较分析。在数值结果得到有效性的确认后,通过计算结果的回归分析,提出导流罩线型的影响因素及其与导流罩声功率级之间的相关关系。最后,基于遗传算法开展声纳导流罩线型的优化研究,通过对数值优化结果与模型试验结果的比对分析与验证,检验此方法对设计和评估低噪突体线型的应用价值。经验证本文的研究方法可以用于舰艇声呐导流罩的线型优化,对导流罩的流噪声具有预测和指导作用。优化后所得到的模型的表面最大声功率级与原模型相比降低了3.7dB,取得了较好的优化效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的目的和意义
• 1.2 声纳导流罩等突体线型及其流噪声研究综述
• 1.2.1 导流罩流噪声的产生机理
• 1.2.2 导流罩流噪声数值模拟方法
• 1.2.3 声纳导流罩流噪声的降噪可行性分析
• 1.3 均匀试验设计与优化方法研究综述
• 1.3.1 均匀试验设计
• 1.3.2 优化方法
• 1.4 本文的主要工作及创新点
• 第2章 声呐导流罩的试验设计
• 2.1 模型设计的基本思想
• 2.2 均匀设计表的特点及构造方法
• 2.2.1 均匀设计表的特点
• 2.2.2 均匀设计表的构造方法
• 2.3 试验的安排步骤
• 2.4 声呐导流罩设计变量的确定
• 2.5 试验的设计与建模
• 2.6 本章小结
• 第3章 舰船声呐导流罩流噪声的计算
• 3.1 声场的计算方法
• 3.2 导流罩表面声功率级分布计算结果
• 3.3 均匀试验设计的数据处理方法
• 3.3.1 多元线性回归方程
• 3.3.2 多元线性回归方程显著性检验
• 3.3.3 因素主次的判断方法
• 3.4 试验分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 舰船声呐导流罩的线型优化
• 4.1 优化方法的基本概念与分类
• 4.2 求解优化问题的常用方法
• 4.2.1 全局最优化方面的新发展
• 4.3 导流罩线型优化方法的确定及其特点
• 4.3.1 优化方法的确定
• 4.3.2 优化方法的特点
• 4.4 优化方法的的原理与操作
• 4.5 导流罩的线型优化及其验证
• 4.5.1 导流罩的线型优化
• 4.5.2 导流罩优化线型的验证
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢