基于流动控制技术降低孔腔噪声方法研究

作     者：董皓辰 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘永伟

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：孔腔 水动力噪声 流动控制 柔性翼型 射流 

摘      要：孔腔是水下航行器上的一种常见结构,孔腔在来流冲击下会在腔口发生自持剪切振荡现象,产生强烈的低频线谱以及宽带谱噪声,对水下航行器结构强度以及隐身性能产生不利影响。本文开展对孔腔的剪切振荡机理以及控制方面的研究,通过流场数值计算与声场有限元计算,分析不同工况参数的流激孔腔模型的流场脉动压力与声场辐射声压。从腔口压力反馈与腔内涡循环反馈等不同角度研究剪切振荡的产生机理。重点研究了涡循环反馈与剪切振荡的关系,仿真结果表明涡循环反馈在低速不可压缩孔腔流动中,对剪切振荡产生了一定影响。在此基础上,通过干扰或者控制反馈回路的方式,采用被动射流管路与柔性翼型格栅控制方法对流激孔腔的表面脉动压力与流激噪声进行控制。研究了被动射流管路在不同流速下的控制效果,以及不同材料的柔性翼型格栅对孔腔降噪的影响。仿真结果表明,两种控制方法在流速6.87m/s-10.12m/s,均降低了流场湍流脉动力,抑制了孔腔流激辐射噪声。在数值计算的基础上,制作了实物模型在水洞进行试验测试,结果表明两种控制方法在来流速度6.87m/s-10.12m/s,频段500Hz-2000Hz具有较好的降噪效果。被动射流模型在10.12m/s工况下相对于原始模型降噪8.2d B;柔性翼型在流速10.12m/s工况下相对于原始模型降噪14.6d B,并且柔性翼型格栅相对于钢制翼型格栅的降噪效果更好。本文研究成果为水下航行体孔腔结构剪切振荡机理研究填补了一部分空白,提供了流激孔腔减振降噪方面新的研究思路与方法,具有较好的研究前景与工程价值。