敷设分层梯度声学覆盖层的加肋圆柱壳声辐射特性研究

单壳体潜艇敷设声学覆盖层应具有机械噪声、水动力噪声和声目标强度控制的多功能特性,为此需要解决两个基本问题：其一,提高机械噪声低频控制效果;其二,实现覆盖层的多功能兼容性。本文从降低机械激励壳体声辐射角度出发,采用模态叠加法,建立无限大理想水介质中分层梯度声学覆盖层与有限长加肋圆柱壳的声振耦合及声辐射模型,基于声学覆盖层模态传递函数特性,计算分析声学覆盖层分层梯度分布及厚度、层数等参数对加肋圆柱壳辐射噪声影响的特征和规律,给出分层梯度声学覆盖层的特征声阻抗渐变参数分布并与敷设均匀声学覆盖层降噪特性比较。研究结果表明：加肋圆柱壳敷设内层至外层声阻抗逐渐递增,各分层取慢波速的声学覆盖层,具有比均匀声学覆盖层更有效地降低外表面振动位移的特性,可明显增加降噪效果,并扩展低频降噪范围。声学覆盖层的优化应增加声阻抗的内分层失配和外分层适配的效应,有利于降低加肋圆柱壳低频声辐射,并可兼顾降低声目标强度。     

双层圆柱壳舷间振动传递及控制研究

为研究水中隔振特性,基于FEM/AML技术并采用“双层壳方法”,建立内壳充液且舷间由弹簧连接的有限长双层圆柱壳模型。通过与实体网格法进行对比,验证了“双层壳方法”的可靠性。研究水介质和弹簧对隔振特性的影响并提出一种水中隔振装置,结果表明：舱内水介质和舷外水介质会降低外壳的固有频率;舷外水介质降低了外壳的振动幅值且在低频会增大壳体的辐射声功率;舷间水介质发生“振动短路”,降低了隔振器的隔振性能;设计的气囊与隔振器相结合的水中隔振装置可有效提升隔振性能,0～500 Hz范围内的均方振速总级可减小3 dB,辐射声功率总级可减小10 dB。     

带自由液面有限长圆柱绕流数值模拟

[目的]为了探究自由液面及自由端对典型钝体绕流问题的影响,对带自由液面的有限长圆柱绕流进行研究。[方法]基于延时分离涡模拟（DDES）技术和分段线性界面重构（PLIC）方法,利用自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器开展数值模拟。[结果]结果显示,自由液面和自由端的存在增大了局部位置的升、阻力,推迟了圆柱表面流动分离的发生;相较于深吃水位置,自由液面附近流向的速度“恢复”延缓,横向的速度呈向外运动的趋势;自由液面的变形产生了大量细碎的漩涡,自由端的卷拧状漩涡在一定程度上抑制了卡门涡街的发展。[结论]研究表明,目前采用的数值方法能够准确捕捉复杂流场,同时,自由液面和自由端的存在将显著改变流场沿吃水方向的分布。     

锂电池电力推进内河船舶主推进系统研究与设计

本文对锂电池电力推进的内河旅游观光船的主推进系统进行了研究.根据船舶航行的内河水域的特点及环境要求,分析了主推进系统的配置需求,选用锂电池组作为主推进动力电源,采用串列螺旋桨的推进形式,满足内河旅游观光船正常运营航行.     

主应力轴旋转下中主应力系数对软黏土性状的影响

采用空心圆柱仪对上海原状软黏土进行了不排水剪切试验, 研究了主应力轴旋转条件下中主应力系数对饱和软黏土变形与强度特性的影响。采用等压固结模式对软黏土空心薄壁试样进行固结, 并在3种不同主应力轴旋转角度下, 对试样进行不同中主应力系数的不排水剪切试验。试验前提为剪切过程中平均应力、中主应力系数与主应力轴旋转角度均保持不变, 而偏应力逐渐增大, 直至试样破坏。试验结果表明: 在不同中主应力系数下, 天然软黏土的变形与强度特征存在明显的差异, 在3种主应力轴旋转角度下, 随着中主应力系数的增加, 临界应力比均呈降低趋势, 相应的峰值剪切强度减小; 在主应力轴旋转角度为0°时, 中主应力系数为0.25和0.50的试样均出现了轻微的应变局部化现象, 剪应力在达到峰值后呈逐渐降低的趋势; 在主应力轴旋转角度为90°时, 中主应力系数为0.50和0.75的试样所对应的状态为内外压不等的非轴对称拉伸状态, 二者的峰值剪切强度比较接近, 而中主应力系数为1.00的试样对应的为内外压相等的轴对称拉伸状态, 其峰值剪切强度相比前二者降低了25%;在内外压相等的加载条件下, 主应力轴旋转角度由0°增加为90°的同时, 中主应力系数由0增加为1.00, 试样破坏时对应的临界应力比与不排水剪切强度均逐渐降低。     

浸没边界格子Boltzmann方法的改进及转动圆柱绕流模拟

针对浸没边界格子Boltzmann方法计算效率不足的问题,提出一种改进浸没边界格子Boltzmann方法。通过使用作用力格子Boltzmann模型,并简化流固耦合作用力的计算方法,使计算流程得到简化,同时,对比原方法转动圆柱绕流计算结果,计算时间缩短一半以上,提高了数值计算效率。结合改进算法研究转动圆柱绕流的流场升阻力系数、压力系数、流场速度等流体参数场随转速比的关系,揭示了一定的转动圆柱绕流动力学规律。研究结果表明,改进方法准确可靠。     

以实测振动数据为输入的水下结构振动与辐射噪声预报

  目的  潜艇的主要结构形式是环肋圆柱壳,目前关于肋骨对圆柱壳声辐射特性影响的研究大多集中在中、低频,但是振动声学问题涉及到更宽的频率范围。  方法  采用统计能量法研究宽频范围内肋骨对圆柱壳声辐射特性的影响。首先,分析圆柱壳增加肋骨后统计能量参数的变化;然后,研究耐压壳、外壳分别增加肋骨、改变肋骨间距、改变肋骨形状对圆柱壳声辐射特性的影响;最后,分析激振力作用在不同位置时,环肋圆柱壳声辐射特性的差异。  结果  得到了肋骨影响下双层圆柱壳在500 Hz~100 kHz范围内的统计能量参数和辐射噪声变化规律。  结论  研究结果对合理选用肋骨降低潜艇的振动与辐射噪声有一定参考作用。     

水下航行体舱段结构声学设计模型分析

采用基于模态坐标的有限元/边界元方法,建立水下航行体封闭舱段声学设计模型,利用该耦合分析模型对两端采用刚性圆板封闭的简支舱段结构的振声性能进行分析,并与采用半无限长圆柱形刚性障板代替两端的刚性圆板时的舱段模型计算结果作比较,指出除了少数耦合模态的固有频率附近,当外层圆柱壳周长相对流体中声波波长较小时,采用刚性圆板封闭的两端简支双层加筋圆柱壳与两端采用半无限长圆柱形刚性障板代替刚性圆板时的声辐射规律十分相近。     

刚性阻振降噪技术的应用研究及发展

综述了刚性阻振降噪技术的研究概况,包括声振动在不连续突变结构中传播特性以及阻振质量块的应用研究现状,并首次阐述了阻振质量块在水下复杂双壳减振降噪中的应用,结果表明阻振质量块在中高频段能有效降低壳体的振动及声辐射,为刚性阻振技术的实艇应用提供了研究基础。最后展望了刚性阻抗失配减振技术在实际水下航行结构中的发展趋势。