基于涡流发生器的流动控制与降噪技术研究

摘要

潜艇在水下高速航行时，水动力噪声成为主要噪声源，极大的破坏了潜艇的声隐身性能，涡流发生器是空气动力学中较为常见的流动控制装置，本文提出了基于涡流发生器控制指挥台围壳的不稳定流动，降低其水动力噪声的方法，从流动控制角度为降低潜艇水动力噪声提供了新的思路。 本文以SUBOFF标准潜艇的指挥台围壳-艇身模型为研究对象，通过大涡模拟(LES)求解流场信息，利用声类比及有限元与无限元结合的方法求解流激噪声，分析围壳与艇身结合处产生的马蹄涡激励围壳产生的流激噪声特性，采用在围壳前缘与艇身结合处施加机械式涡流发生器的方法，减弱马蹄涡的强度，降低因马蹄涡产生的流激噪声。分析围壳表面边界层分离与尾涡脱落产生的流激噪声特性，采用在围壳转捩区施加微型涡流发生器的方法，控制边界层分离，降低因边界层分离与尾涡脱落产生的流激噪声，分析了机械式涡流发生器与微型涡流发生器的流动与噪声控制机理。通过改变机械式涡流发生器的形状，与来流方向夹角，距围壳前缘距离;改变微型涡流发生器的攻角，入射角、高度，确定了降噪效果最佳的两类涡流发生器几何参数。 在此基础上，通过开展试验验证，在重力式水洞中利用混响法与湍流脉动压力测量法测量了添加机械式涡流发生器模型的水动力噪声，进一步评价了机械式涡流发生器的降噪能力，验证了数值计算方法的准确性。 本文的研究结果为潜艇水动力噪声的治理提供了相关参考，为高航速条件下的潜艇减振降噪奠定了基础。