复合材料螺旋桨振动声辐射研究

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1、硕士学位论文复合材料螺旋桨振动声辐射研究RESEARCHONVIBRATIONACOUSTICRADIATIONOFCOMPOSITEPROPELLERS刘志龙哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB532学校代码：10213国际图书分类号：532密级：公开工学硕士学位论文复合材料螺旋桨振动声辐射研究硕士研究生：刘志龙导师：赫晓东教授申请学位：工学硕士学科：力学所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB532U.D.C:532Disserta

2、tionfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONVIBRATIONACOUSTICRADIATIONOFCOMPOSITEPROPELLERSCandidate：LiuZhilongSupervisor：Prof.HeXiaodongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EngineeringMechanicsAffiliation：CenterforCompositeMaterialsDateofDefen

3、ce：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要近年来，复合材料由于其自身的优越性而被广泛应用于舰船领域中，复合材料螺旋桨就是复合材料在舰船领域中的一个典型应用。在水下工作时，螺旋桨的桨叶表面会产生脉动压力，进而引起叶片振动向外辐射噪声。与传统金属螺旋桨相比，复合材料螺旋桨由于其材料特性不同必须考虑流固耦合效应，致使复合材料螺旋桨的振动声辐射特性更为复杂。因此，研究复合材料螺旋桨叶片振动噪声规律对提高潜艇的隐身性及设计低振、低噪

4、声的螺旋桨具有十分重要的意义。本文利用计算流体力学方法（CFD）、声学无限元方法与有限元方法（FEM）相结合，首先对复合材料螺旋桨的水动力特性、桨叶变形进行分析，并与金属螺旋桨进行了比较，然后对复合材料非定常脉动压力及振动噪声进行了计算分析，具体研究内容如下：首先利用CFD方法，分别采用三种不同的湍流模型对不同工况螺旋桨的推力系数、扭矩系数、敞水效率进行了计算，并与相关文献的实验值进行了对比及误差分析，验证了水动力模型的准确性；研究了螺旋桨的表面压力分布、剖面压力场、速度场以及螺旋桨的迹线情况，计算结果表明三种湍流模型中RN

5、G模型计算精度最高，为最佳湍流模型。其次利用CFD方法与FEM方法相结合，完成了不同工况下金属螺旋桨和复合材料螺旋桨的流固耦合计算，研究了同一工况下复合材料螺旋桨与金属螺旋桨的桨叶变形、推力系数和扭矩系数，分析了不同工况复合材料螺旋桨与金属螺旋桨的性能差异。最后计算了螺旋桨非定常周期性脉动压力并对其分布规律进行了研究，然后利用ACTRAN中的ICFD功能，提取了螺旋桨计算获取的非定常脉动压力作为噪声源，结合声学无限元方法，计算了复合材料螺旋桨的振动声辐射特性，分析了不同频率下的声压分布，同时通过布置场点研究了沿桨叶盘面和轴向

6、两个方向的声压指向性。研究结果表明该脉动压力下螺旋桨的振动噪声轴向方向辐射大于盘面方向，声压在盘面和轴向均呈“8”字分布，距离桨轴中心越近，声压辐射量级越大，桨中心总声压级最大。关键词：复合材料螺旋桨，水动力性能，流固耦合，脉动压力，振动噪声辐射IAbstractAbstractInrecentyears,compositematerialshavebeenwidelyusedinshipbuildingduetohissuperiority.Compositepropellersareoneofthemostimporta

7、ntapplicationsofcompositematerialsinshipbuildingindustry.Compositepropellersmadeofcompositematerialsinteractwiththefluidwhenworkingunderwater,whichcausepulsatingpressureonthesurfaceofthebladesthatcausesthevibrationofthebladestoradiatenoiseoutwards.Comparedwithtradi

8、tionalmetalpropellers,thevibrationandacousticradiationcharacteristicsofcompositepropellersaremorecomplicatedbecauseofthedifferentmaterialcharacte