水翼流致振动及声辐射特性研究

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1、上海交通大学硕士学位论文水翼流致振动及声辐射特性研究硕士研究生：范国栋学号：1120209080导师：谌勇副研究员申请学位：工学硕士学科：机械设计与理论所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年2月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterRESEARCHONFLOWINDUCEDVIBRATIONANDACOUSTICRADIATIONOFHYDROFOILCandidate：GuodongFanStu

2、dentID：1120209080Supervisor：AssociateProf.YongChenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalDesignandTheoryAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：Feb,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity摘要水翼流致振动及声辐射特性研究摘要水

3、动力噪声严重威胁潜艇的隐蔽性，典型的如螺旋桨噪声、附体以及操纵面等产生的噪声都对潜艇水动力噪声做出很大贡献。在潜艇结构中，无论是螺旋桨，还是舵、翼等操纵面，其基本剖面形式都是典型的翼型。本文即着眼于潜艇上翼型结构的振动与声辐射问题，本着从简单到复杂的思想，研究以二维翼型为切入点，到结构稍复杂的三维翼型，结合计算流体力学与边界元方法，对它们进行流噪声和二次声的数值仿真，研究攻角、流速对声辐射的影响。Lighthill提出声学类比理论后，流噪声的研究才开始得到迅速发展。近年来，边界元方法结合Lighthill声学类比理论来计算流噪声的

4、方法得到了迅速发展。本文即采用边界元方法对二维翼型和三维翼型声场进行数值仿真。首先应用大涡模拟的理论方法对翼型绕流场进行模拟，流场仿真得到压力脉动后，将其分别作为偶极子声源和随机激励力对二维翼型、三维翼型进行流噪声和二次声的计算。最后对三维翼型进行了水洞试验，分析了翼型振动特性，并和理论仿真进行了对比分析。文中对各种工况下流噪声和二次声的计算结果进行了对比分析和归类总结。对流速、攻角对声场的影响进行了探讨，结果表明在一定范围内，随流速和攻角的增大，翼型附近的声压值均有规律地增大。对比分析了三维翼型表面压力脉动和声压值的关系，发现它

5、们之间存在重要的联系，我们可以根据压力脉动的分布预测流噪声。此外，还对流噪声与二次声的关系进行了研究，发现二次声主要取决于结构的固有特性。最后还通过水洞I摘要试验，验证了三维翼型的振动特性。实验结果验证了数值仿真的准确性。关键词：翼型；大涡模拟；流噪声；二次声；Lighthill声学类比理论；边界元方法IIABSTRACTRESEARCHONFLOWINDUCEDVIBRATIONANDACOUSTICRADIATIONOFHYDROFOILABSTRACTHydrodynamicnoiseseverelydamagestheso

6、und-stealthcapabilityofthesubmarine.Propellernoise,andnoisegeneratingfromappendagesandcontrolsurfacearetypicalhydrodynamicnoisesources.Hydrofoilisthebasicstructureunitofthepropeller,ruddersandfinsinsubmarinestructure.Soitisnecessarytocarryonthebasicresearchonstructure

7、vibrationandacousticradiationofthehydrofoil.Researchobjectsofthisthesisare2Dand3Dhydrofoil.Inthisthesis,computationalfluiddynamics(CFD)andtheboundaryelementmethod(BEM)areusedtosimulateflownoiseandsecondacousticradiation.Andtheaimistofindtheinfluencesontheacousticfield

8、fromincidenceandflowvelocity.Lighthill'sacousticanalogymarksthetakingoffofresearchonflownoise.Inrecentyears,BEM,combinedwith