围壳结构流激振动噪声特性研究

围壳结构流激振动噪声特性研究

论文摘要

指挥台围壳是突出于潜艇表面具有标志性的流线型透水结构,由于现在各国对潜艇的机械噪声和螺旋桨噪声的更有效控制,指挥台围壳在水流冲击下的辐射噪声越来越引起关注。本文首先通过大型计算流体力学计算软件(CFD)对二维和三维指挥台围壳模型的流场进行了仿真,研究了沿壳体表面的时均压力和流场分布,为下一步的结构优化奠定基础;其次对围壳模型进行了模态分析,根据结构模态提出了加肋、加厚等几种优化方案:然后采用有限元+间接边界元法对优化前后模型的辐射声功率进行了计算,分析了各种优化方案的降噪效果:最后根据数值计算结果,加工了不同的围壳模型,在重力式水洞中采用混响法进行辐射声功率的测量工作。理论计算及试验测量的结果表明:对围壳模型进行适当的结构优化,可以很好地抑制其流噪声;围壳模型的流噪声与流速有关,围壳模型的总辐射噪声大致与流速的4.9~6.3次方成正比,符合流噪声的辐射一般规律。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 论文研究背景
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 湍流边界层随机激励力
  • 1.2.2 结构受激振动和声辐射
  • 1.2.3 结构振动与声辐射预报的研究综述
  • 1.2.4 翼形结构的优化研究
  • 1.2.5 测量方法研究
  • 1.3 论文的研究方法及主要研究内容
  • 1.3.1 论文的研究方法
  • 1.3.2 论文的工作内容
  • 第2章 湍流模型的理论分析
  • 2.1 湍流的定义、特征及其分类
  • 2.1.1 湍流的定义
  • 2.1.2 湍流的基本特征
  • 2.1.3 湍流的分类
  • 2.2 湍流的控制方程
  • 2.3 指挥台围壳模型CFD计算的标准k-ε湍流模型
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 围壳模型的CFD仿真
  • 3.1 ANSYS-FLOTRAN二维流场仿真
  • 3.1.1 FLOTRAN模块介绍
  • 3.1.2 指挥台围壳模型的选取
  • 3.1.3 二维稳定流场分析的步骤及工作流程
  • 3.1.4 二维指挥台围壳模型CFD前处理
  • 3.1.5 二维指挥台围壳模型CFD后处理
  • 3.2 ANSYS-CFX三维流场仿真
  • 3.2.1 三维维指挥台围壳模型CFD前处理
  • 3.2.2 三维指挥台围壳模型CFD后处理
  • 3.3 本章小结
  • 第4章 指挥台围壳模型的优化方案
  • 4.1 结构动力学理论模型
  • 4.2 流固耦合系统的动力学模型
  • 4.2.1 流固耦合系统基本方程
  • 4.2.2 流固耦合的有限元方程
  • 4.3 模态分析及结构优化
  • 4.4 不同工况下的围壳模型水下受激振动研究
  • 4.4.1 边界元法计算声场的基本原理
  • 4.4.2 围壳在不同工况下的声辐射特性
  • 4.4.2.1 模型转捩位置施加力
  • 4.4.2.2 模型尾部位置施加力
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 指挥台围壳模型的辐射声功率测量
  • 5.1 混响法辐射声功率测量原理
  • 5.2 实验概况
  • 5.2.1 混响箱法测量指挥台围壳在不同流速下的辐射声功率
  • 5.2.2 混响箱法辐射声功率测量的自由场校准
  • 5.3 实验结果分析
  • 5.3.1 辐射声功率的校准结果
  • 5.3.2 围壳模型辐射声功率测量结果分析
  • 5.4 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
  • 相关论文文献

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