不同工况下潜艇艇体-桨整体声辐射特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究潜艇大侧斜螺旋桨在不同工况下的艇体-桨整体声辐射特性。[方法]以SUBOFF潜艇模型和七叶大侧斜螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟(LES)和声学有限元方法(FEM),以及使用Fluent流体计算软件和LMS Virtual.Lab声学仿真计算软件进行联合仿真计算。[结果]结果表明:在潜艇存在进速的工况下,其艏部、指挥室围壳、艉部方向舵和螺旋桨区域的速度压力分布变化最大,整体系统的噪声传播方向以艇体周向某一方向的声压级(SPL)最高,艉部方向舵次之;在潜艇不存在进速的工况下,整体系统的噪声与螺旋桨的旋转作用有关,且在440 Hz频率处存在峰值,超过其他工况下的声压级。[结论]潜艇的艏部、指挥室围壳和艉部方向舵区域是压力脉动的重点区域,与潜艇的进速密切相关;艇体-桨整体螺旋桨噪声在低频段也主要由上述3个区域产生,在中高频段螺旋桨区域开始对艇体-桨整体噪声产生作用,总的声压级随着频率的增加而逐渐升高。     

螺旋桨激振力传递模式下的艇体振动和声辐射分析

潜艇的艇体结构是潜艇螺旋桨激振力向外辐射噪声的重要通道,而轴系是螺旋桨激振力传递到艇体的必经之路,因此有必要研究潜艇轴系向艇体传递的激振力对潜艇艇体振动和辐射声功率的影响。为此,分别针对螺旋桨轴向激振力、螺旋桨侧向激振力和螺旋桨垂向激振力工况,使用模式分析的方法,将轴系对艇体的作用力分解为互不相关的力传递模式的叠加。建立潜艇结构有限元模型,采用结构有限元耦合流体边界元的附加质量附加阻尼算法,分析单阶力传递模式作用于艇体时艇体的振动和声辐射特性。所做的研究可为分析螺旋桨激振力作用下的艇体振动和声辐射提供一种新的方法。     

从潜艇水下噪声频谱中分离出螺旋浆噪声的研究

本文依据收集的资料，分析了潜艇噪声源及其特性；从声频特征信号分析出发，综合出从测获潜艇水下辐射噪声和自噪声中分离出螺旋桨噪声（旋转声、涡流声、空化噪声、唱音）的方法，可供从事螺旋桨噪声控制的研究人员参考。     

推力轴承基座对艇体振动及其辐射噪声的影响

利用FEM/BEM方法计算了实尺度单壳体潜艇在螺旋桨激振力作用下的结构振动和水下声辐射特性.分析比较了两种推力轴承基座形式(法兰盘式基座和普通基座)对潜艇在螺旋桨激励下振动与噪声性能的影响.结果表明,安装法兰盘式推力轴承基座能在除28 Hz附近降低潜艇辐射噪声,最大降低25 dB左右.普通推力轴承基座形式只将螺旋桨脉动推力加载到与其相连的艇体结构上,引起纵向振动和横向振动,其壳体的法向振动较强烈;而法兰盘式推力轴承基座可以将螺旋桨脉动推力沿周向均匀地加载到艇体上,它主要引起纵向振动,只有艇体首尾处有法向振动,因而,噪声较低.     

艇桨一体的螺旋桨激振力和水动力噪声数值预报

[目的]螺旋桨噪声和水动力噪声是潜艇噪声控制的重点和难点,因此有必要开展艇桨一体的螺旋桨激振力和水动力噪声预报研究。[方法]以SUBOFF潜艇和DTMB 4383桨为计算对象,结合大涡模拟湍流模型和无限元方法,分析潜艇非均匀伴流场中螺旋桨激振力的变化规律,以及螺旋桨对潜艇表面压力场的影响。采用ACTRAN声学计算软件对艇桨一体的水动力噪声性能进行数值预报。[结果]计算结果表明:螺旋桨激振力的各个分量具有相同的脉动频率,脉动峰值以一阶叶频处为主,同时水平力脉动和垂直力脉动大于推力脉动;潜艇艏部、指挥台、艉翼及螺旋桨叶梢部位均存在局部高压区,这是水动力噪声的主要贡献点;艇桨一体的水动力噪声主要集中在低频段,随着频率的增加,其蝶形分布更加明显;与无桨全附体潜艇相比,带桨潜艇特征点的声压值急剧增加,对其辐射声场的影响较大。[结论]研究成果可为艇桨一体的螺旋桨设计提供参考建议。     

舰船辐射噪声特征建模

介绍一种舰船辐射噪声1/3 Oct谱模型建立方法.通过分别对机械噪声、螺旋桨直接辐射噪声及桨轴激励艇体振动噪声的特征规律研究,建立了机械和螺旋桨的额定声压脉动谱模型及桨轴激励艇体响应函数模型.根据机械噪声和螺旋桨噪声同航速的变化关系,得到不同转速下的合成辐射噪声1/3 Oct谱.利用Matlab GUI编写舰船辐射噪声...     

艇后大侧斜螺旋桨负载噪声数值分析

为研究艇后非均匀流场中大侧斜螺旋桨无空泡负载噪声的分布规律,文章采用“CFD+BEM”法,以SUBOFF潜艇后某大侧斜桨为研究对象,首先稳态计算均匀进流下螺旋桨敞水特性,模拟系数值与实验误差在3%以内,验证了CFD数值计算的可信性。然后采用大涡（LES）模拟,对“艇+桨”进行三维非定常数值模拟,计算得到桨表面声偶极子数据后,通过距离加权平均法映射到声网格节点上,将噪声源直接分布在桨叶表面上进行积分来预报螺旋桨的低频线谱噪声。采用边界元法基于扇声源理论通过FW-H声类比方程分别在1 kHz以内对桨盘面、轴向纵剖面及10倍桨半径球场的噪声进行频域求解。研究表明：桨盘面和轴向纵剖面上声指向均呈8字形,但受螺旋桨自身旋转及大侧斜的存在,指向性不唯一;球场声场显示,轴向声辐射面较大,声辐射强,径向辐射面小且辐射较弱;特征点的计算结果显示,高阶叶频声压级明显比一阶叶频低,这与物理现象相符,将特征点处结果与已发表文献进行对比,吻合性良好,并对存在的差异作出了合理的物理解释。该文为螺旋桨噪声预报介绍了一种可行的新方法。     

舵对螺旋桨线谱噪声的影响

为比较不同舵形状时潜艇螺旋桨的线谱噪声变化规律,建立非均匀流场中螺旋桨线谱噪声的频域预报方法,通过CFD方法数值模拟X形舵和十字舵潜艇的非均匀速度场,对两种流场条件下七叶侧斜桨的辐射线谱噪声进行数值预报。结果表明,X形舵潜艇所产生的线谱噪声幅值比十字舵时要大,尤其体现在高阶叶频处。     

一种新型潜艇前置导叶螺旋桨的开发和试验研究

潜艇前置导叶螺旋桨是CSSRC为提高潜艇快速性和降低螺旋桨噪声而开发的一种新装置。它由螺旋桨和安装在尾附体与螺旋桨之间一适当位置上的导叶组成。利用尾附体、主艇体和导叶间的相互作用来调节螺旋桨的来流,使螺旋桨的能量损失、不定常力和辐射噪声减小。本研究表明,这种新装置可以提高潜艇最大航速0.3～0.5节,降低螺旋桨辐射噪声2～4分贝。     

推力轴承基座结构形式对潜艇振动噪声的影响

[目的]为研究推力轴承基座结构形式对潜艇辐射噪声的影响,[方法]采用有限元法和有限元耦合流体边界元法,分析不同纵向激振力分布形式下耐压艇体结构的振动响应特征,得出力对称分布有利于减小振动的结论。然后,据此设计对称式推力轴承基座,通过选择不同的构件尺寸控制系统的纵向刚度,分别计算采用对称式和传统推力轴承基座时潜艇的结构振动响应和辐射噪声。[结果]研究表明,在螺旋桨纵向激振力一定的情况下,采用对称式推力轴承基座能够明显降低艇体结构的振动强度和辐射噪声。[结论]所做研究可为潜艇推力轴承基座结构的声学优化设计提供参考。     

基于潜艇模型尾流湍流强度和耗散率的CFD模拟

优良的隐身性能使得潜艇具有强大的突防能力,因此,控制潜艇尾流信号特征对于提高潜艇隐身性能意义重大,这些信号特征主要包括尾部湍流强度、湍动能、湍流耗散率等。同时,优良的艇型对于抑制尾流信号特征、提高潜艇快速性和隐身性也具有重要意义。基于此,采用RANS方法计算SUBOFF潜艇主艇体艇型及6种改良艇型的艇体粘性绕流,将CFD方法用于分析艇体半径、艇艏长度、艇艉长度等参数对潜艇尾流信号特征的影响。计算结果显示：在SUBOFF潜艇主艇体艇型及其6种改良艇型的尾流场中,增加艇体半径有利于抑制远尾流场湍流信号特征,在近场则不利;增加艇艏长度能降低近尾流场湍流信号特征,在远场影响较小;增加艇艉长度在近、远尾流场均有利于降低其信号特征。     

艇体、聚合物与流体动力学

潜艇艇体和内部设备的要求与水面舰艇有很大差别，潜艇艇体必须承受几手次潜浮的水下压力，其外部应是流线型，艇体上任何外凸部分均会产生阻力和噪声。潜艇内部必须注意消除噪声源，或防止噪声扩散。由于潜艇必须在海上独立航行，所以其内部布置不仅应容纳人员与设备，还应能进行任何故障和损伤的判断与维修，所有这些都对艇体提出了很高的要求。潜艇内部设备的改进远不能满足潜艇隐身的需要，而研究和开发新型的艇体材料，例如聚合物，与流体动力学有密切的关系，这样才能明显改进潜艇性能，建造出全新的潜艇进入新世纪。     

艇后大侧斜螺旋桨负载噪声数值分析（英文）

为研究艇后非均匀流场中大侧斜螺旋桨无空泡负载噪声的分布规律,文章采用"CFD+BEM"法,以SUBOFF潜艇后某大侧斜桨为研究对象,首先稳态计算均匀进流下螺旋桨敞水特性,模拟系数值与实验误差在3%以内,验证了CFD数值计算的可信性。然后采用大涡(LES)模拟,对"艇+桨"进行三维非定常数值模拟,计算得到桨表面声偶极子数据后,通过距离加权平均法映射到声网格节点上,将噪声源直接分布在桨叶表面上进行积分来预报螺旋桨的低频线谱噪声。采用边界元法基于扇声源理论通过FW-H声类比方程分别在1 k Hz以内对桨盘面、轴向纵剖面及10倍桨半径球场的噪声进行频域求解。研究表明:桨盘面和轴向纵剖面上声指向均呈8字形,但受螺旋桨自身旋转及大侧斜的存在,指向性不唯一;球场声场显示,轴向声辐射面较大,声辐射强,径向辐射面小且辐射较弱;特征点的计算结果显示,高阶叶频声压级明显比一阶叶频低,这与物理现象相符,将特征点处结果与已发表文献进行对比,吻合性良好,并对存在的差异作出了合理的物理解释。该文为螺旋桨噪声预报介绍了一种可行的新方法。     

复杂环境下潜艇感应电磁噪声的数值模拟

对潜超低频通信信号会受到很强的电磁噪声干扰,为有效抑制噪声,对潜艇周围复杂流场切割地磁场产生的电磁噪声进行研究。基于流体动力学以及有限元建模方法,将潜艇阻力和压力的计算值与实验数据进行对比,验证了数值方法的有效性。在此基础上建立电磁流体耦合模型,分析潜艇在不同航速和不同航向下感应电磁噪声的频谱特性和变化特征。研究结果表明,潜艇周围流体产生的电磁噪声属于超低频噪声,具有明显的线谱特征。潜艇航速对噪声幅值影响显著,同时各个航向上的噪声分量具有很大的相关性。分析得到的噪声频谱特性可为对潜通信的噪声特性研究提供参考,为降低电磁干扰或其检测提供一定的支持。     

潜艇噪声水平对声呐探测性能影响分析

论述了潜艇噪声水平对敌方和我方被动声呐探测距离的影响,给出了声呐工作在1 kHz时,本艇辐射噪声降低导致敌方被动声呐作用距离降低变化关系曲线,及本艇自噪声降低对我方声呐被动探测作用距离提升之间的变化关系曲线.分析结果表明,降低本艇的辐射噪声,可以降低敌方声呐的探测距离,从而增强我方潜艇的隐蔽性;当声呐平台噪声大于海洋环境噪声时,降低本艇的自噪声可提高我方潜艇被动声呐的探测距离,从而提高我方潜艇的先敌发现能力.     

世界上隐蔽性能最优的核潜艇

英海军研制出集百年造艇技术结晶的“机敏”级核动力攻击型潜艇。该艇是当代隐蔽性能最优、噪声最低的（仅100分贝）、处于世界领先地位的核潜艇。“机敏”级核动力攻击潜艇具有三大卓越特点：一、火力强，比英现役核潜艇多达50％武器载荷；二、可在服役期内（25年）无需更换核燃料；     

后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响

[目的]为了研究后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响,[方法]针对螺旋桨不定常激振力诱发的艇体结构辐射声,以SUBOFF潜艇为原型,建立了包含螺旋桨和轴系实体结构单元的潜艇整艇模型,采用通用有限元程序NASTRAN计算其在真空中的振动特性,同时采用附加质量附加阻尼算法计算其在水下的振动和声辐射特性,对潜艇整艇结构在螺旋桨垂向激振力作用下的振动与声辐射特性进行分析,并着重考虑了后艉轴承刚度对潜艇整艇结构振动与声辐射的影响规律。[结果]研究指出,降低后艉轴承刚度使潜艇结构振动与声辐射的能力主要向其第2阶整体弯曲振动模态频率处集中,且第2阶整体弯曲振动模态频率逐渐向低频移动;在第2阶整体弯曲振动模态频率以上频段降低后艉轴承的刚度能够有效降低潜艇整艇结构的振动和声辐射。[结论]所得结果可为声学设计阶段潜艇关键部位结构参数的选取提供参考。     

非均匀伴流下无空泡螺旋桨涡流噪声的数值研究

应用分离涡方法(DES)对螺旋桨的涡流场进行了模拟。提出了一种在桨叶附近生成高质量边界层网格的结构化网格划分方法。利用Q准则和自定义函数对桨叶泄涡及其频率特性进行了研究。以桨叶表面脉动压力为声源,通过求解FW-H方程对螺旋桨噪声进行了预报。频谱分析表明螺旋桨低频离散线谱噪声、低频宽带噪声以及高频涡流噪声都得到了较好的预报,特别对涡流噪声的频谱特性进行了分析。数值计算结果表明:以单桨叶表面压力脉动为声源,涡流噪声为单调音,频率即为桨叶泄涡频率,声压级比宽带噪声高出约15 dB;以整个螺旋桨表面压力脉动为声源,涡流噪声在泄涡频率附近有着多条线谱,各线谱的频率间隔相等,声压级比宽带噪声高出约10 dB。     

水下高速航行体对转螺旋桨线谱噪声预报研究

对转螺旋浆的线谱噪声构成了水下高速航行体整个辐射噪声的重要部分，对转螺旋桨的线谱噪声是由前后桨与航行体尾流场相互作用及前后桨相互干扰所引起的。线谱噪声的预报方法是利用升力面理论和声学方法相结合实现的。文中详述了线谱噪声的理论计算方法、线谱噪声的特征和数值预报。同时也预报了尾流场的变化、前后桨间距变化对噪声级的影响等。预报值和试验结果吻合良好，整个方法对行体的性能预报、噪声源识别和桨的低噪声设计均具     

艇体结构分布式动力吸振器设计与分析

为控制艇体共振引起的低频线谱噪声,建立艇体结构流固耦合数值模型,根据结构低阶模态频率和振型特点设计了分布式动力吸振方案,并对其降噪效果进行计算。通过讨论吸振质量和工作频率的影响规律,分析安装在连续结构上的动力吸振器的减振机理。结果表明,动力吸振器可以有效减小艇体共振引起的水下噪声线谱峰值,吸振器主要通过改变结构的局部模态来发挥减振作用,可为连续结构的动力吸振器设计和低频线谱噪声控制提供参考依据。