基于仿生技术的流动控制与降噪机理研究

【摘要】：水下航行体的水动力噪声在高航速下将成为主要噪声源,严重破坏了水下航行体的声隐身性能与作战性能。传统上控制水下航行体水动力噪声的方法主要为线型优化,通过流动控制降低水下航行体水动力噪声的研究较少。本文提出了基于仿生的水下航行体水动力噪声控制方法,仿照具有无声运动能力的生物如座头鲸,猫头鹰等,在SUBOFF指挥台围壳前缘与尾缘施加锯齿结构,进行流动控制,降低水下航行体的水动力噪声。针对传统研究忽略指挥台围壳与艇身结合处产生复杂三维流动现象的不足,本文以SUBOFF指挥台围壳-艇身模型为研究对象。对流场进行大涡模拟计算,提取湍流脉动压力,利用声类比与有限元与无限元相结合的方法完成流激噪声计算,全面分析了来流流经指挥台围壳产生马蹄涡,边界层分离,尾涡脱落等不稳定流动现象的成因,分析了它们对流激噪声的贡献。在此基础上,分析了锯齿前缘结构与锯齿尾缘结构流动与噪声控制的机理。发现锯齿前缘结构与尾缘结构推迟了指挥台围壳表面边界层分离,锯齿前缘结构削弱了马蹄涡,锯齿尾缘结构加快了指挥台围壳尾缘处涡结构的破碎,从而降低了指挥台围壳的流激噪声。并计算了不同振幅,不同波长的锯齿结构的流激噪声,研究了它们的改变与降噪量的关系,确定了具有最优降噪效果的锯齿结构,最后设计了原始模型与含锯齿前缘结构的模型,在重力式水洞应用混响法与湍流脉动压力测量法进行了水动力噪声测量试验,评价了锯齿前缘结构的降噪效果,验证了数值仿真与分析的准确性。本文的研究结果为水下航行体的流动控制与水动力噪声治理提供了一种新思路,为开展水下航行体仿生学流动与噪声控制提供了参考。