基于涡流发生器的流动控制与降噪技术研究

基于涡流发生器的流动控制与降噪技术研究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。