水下对转桨非空化线谱噪声分析与数值研究

为了研究水下对转桨非空化状态的目标特性,分析了对转桨非空化线谱噪声的产生机理,其产生机制是前后桨干涉作用和周向谐波流场作用。利用广义声类比方程,将这两种机制引起的升阻力作为噪声源,推导了水下对转桨远场声压表达式,分析了线谱预报频率以及声压的方向性,得到了强弱线谱出现的条件。研究发现：预报的线谱频率可用f=sAPF+pBPF₁+hBPF₂表示;声压辐射呈“8”形分布;干涉作用和周向流场作用的贝塞尔函数是否取峰值是强弱线谱出现的必要条件。数值计算方面,利用RNG k-ε湍流模型、滑移网格模型结合FW-H方程对对转桨进行非空化数值模拟,结果表明：在对转桨水动力性能预报方面,RNG k-ε湍流模型比Realizable k-ε湍流模型精度更好;噪声性能预报方面,该方法得到的对转桨非空化线谱频率以及声压方向性与理论结果非常吻合。     

舰船螺旋桨空化噪声建模与仿真研究

为了解决螺旋桨空化噪声的连续谱及其调制谱特性的建模与仿真问题,在对空化噪声 连续谱理论研究和实验分析的基础上,依据各空泡的崩溃时刻的随机性和准周期性及其辐射噪声 的波形结构,分4 种情况分别对各空泡辐射噪声的合成功率谱进行了理论分析,并进行了仿真验 证,提出了空化噪声连续谱的时域蒙特卡罗仿真模型;结合螺旋桨空化噪声时变特性的物理机理, 提出了螺旋桨空化噪声调制波形仿真算法。理论分析和仿真结果表明,螺旋桨空化噪声调制特性 频域不均匀性本质是空化噪声连续谱形状的不稳定性造成的。     

对转螺旋桨测速仪的设计与实现

针对水下航行器对转螺旋桨的转速测量,分析了测速仪的功能和性能要求,采用C8051F020单片机、双探头霍尔传感器、双色数码管、鉴相电路、嗡鸣器等搭建了硬件电路,具有计数与中断功能,并留有RS-485接口和JTAG编程接口。为了提高测量精度利用变M/T法测量转速,给出了主程序和中断处理程序流程,实现了转速测量、正反转识别、显示、报警等功能,试验结果表明,所设计的测速仪能够完成总体要求的所有功能。     

对转螺旋桨设计参数优化

螺旋桨设计的目的是在给定条件下,求出最佳推进效率ηD,从而使航行器在最小推进功率情况下,达到设计航速。通过优化对转螺旋桨参数,使对转螺旋桨的推进效率、噪声性能和空泡性能等有较大的改善。本文把对转螺旋桨的参数优化问题归结为3个参数（进速系数J,盘面比Ae/Ao,螺距比P／D）的非线性约束优化问题,通过建立合适的数学模型,运用复合形法进行优化,可以获得较好的对转螺旋桨参数优化结果。     

高速水下航行体超空化通气参数数值研究

超空化技术是水下航行体减阻增速的一种重要方式。通过求解N-S方程,利用两方程湍流模型和全空化模型对通气空化流场进行了数值模拟,研究了通气参数对空化流场结构的影响,揭示了通气超空化减阻机理和场内流动状况,分析了超空化航行体阻力特性,数值结果表明供气量是决定空泡形态和超空化航行体减阻效果的最关键因素,供气位置和方向对空泡形态及水动力特性的影响并不显著。     

基于多线谱干扰抑制的水下对空运动声源线谱探测

针对水下对空运动声源探测时面临的多线谱水下强干扰问题,提出一种稳健可靠的基于多线谱干扰抑制的线谱检测方法。采用该方法对接收声场进行线谱提取,限定每个信源所在方位的空间谱能量主要来自一条线谱的贡献,抑制多线谱干扰的能量,最后综合所有线谱贡献,得到最终的方位估计结果。两次水下对空探测实验验证了所提方法的有效性,结果表明,线谱检测方法可有效抑制同频干扰,在低信噪比、多干扰环境下成功实现了水下对空运动声源的线谱探测。     

大侧斜对转桨水动力及线谱噪声特性分析

对转螺旋桨的噪声是水下航行器的强噪声源之一,低噪声螺旋桨设计可以通过适当增加螺旋桨叶片数和采用叶片侧斜等方式实现,而对其流体动力及线谱噪声特性进行分析是判定设计优劣的一项重要依据。对于水动力特性计算,基于不可压缩流体雷诺时均方程和RSM湍流模型,多旋转区域耦合问题采用滑移网格进行处理,仿真计算得到普通对转桨和大侧斜对转桨的推力、扭矩、航速及效率等相关参数信息。对于线谱噪声特性,采用时域耦合方法进行求解,声场计算模型基于广义K-WH方程,计算得到了两型螺旋桨的线谱噪声特性。通过对比分析,大侧斜对转桨的水动力特性及线谱噪声特性优于普通对转桨,达到低噪声螺旋桨设计的目的。     

圆盘空化器超空泡形态三维数值模拟研究

基于结构化网格,运用N-S方程及k一ε湍流方程对均质流场求解,引入修正的Rayleigh-Plesset方程模拟空泡问题。对三维圆盘空化器在不同空化数下进行超空化流动数值模拟,将仿真结果与经验公式进行对比,二者具有良好的一致性。并且解决了带攻角圆盘空化器生成超空泡的数值模拟问题,详细分析了带攻角圆盘空化器生成超空泡的形态特征,总结了带攻角圆盘空化器与无攻角圆盘空化器的优缺点,为优化超空泡形态,实现高效减阻提供了参考依据。     

水下潜射航行体片状空化的数值模拟研究

利用商业CFD软件对水下潜射航行体片状空泡的产生和发展进行了数值模拟研究，特别是对片状空泡的回注射流作了深入细致的分析．通过对CFD软件自定义函数的研究，将软件中的空化模型作了修改，利用修改的模型对片状空泡进行了数值模拟．通过修正前、后模型的模拟计算结果与实验结果的比较，后者与实验结果吻合较好．     

基于UG OPEN/API的鱼雷对转螺旋桨参数化建模

对转螺旋桨的优化设计是鱼雷外形优化设计中很重要的部分。该文在现有UG二次开发语言UG OPEN/API的基础上,提出了一种对转螺旋桨参数化3D建模方法,建立了鱼雷对转螺旋桨的参数化模型,利用该方法能够简化对转螺旋桨优化设计的分析流程,具有较高的实用价值。     

加速旋转螺旋桨噪声测试水洞试验研究

为了获取船舶螺旋桨在加速旋转状态下辐射噪声与螺旋桨转速之间的关系,在国际标准的大型循环水洞开展了加速旋转螺旋桨噪声测试试验研究。首先以水洞试验相似准则为约束,分析了在进行模型桨模拟实桨加速过程的噪声测试时需要满足的试验条件,提出了相应的试验工况设计方法。并且,提出了一种从螺旋桨动力仪输出的脉冲信号中获取螺旋桨转速参考值的方法,避免了在加速时脉冲重复周期不断变化给测量精度带来的影响。最后基于Radon变换分析了实测的螺旋桨噪声数据,分析结果表明,试验数据蕴含了螺旋桨转速变化的信息,有助于进一步进行加速旋转螺旋桨辐射噪声信号特性及分析方法的研究。     

差分二次平均修正的频域相位补偿线谱检测方法

针对常规平均功率谱方法幅度平方后相位信息丢失造成检测性能损失问题,通过对观测数据分段进行快速傅里叶变换后的统计特性进行分析,提出了高斯噪声背景下检测未知线谱的频域相位补偿方法。采用蒙特卡洛法估计相位补偿因子,先进行差分法去除零星野值,然后使用二次平均（TPM）去除连续野值,最后使用估计的相位补偿因子均值构造广义似然比检验统计量实现检测。从理论上对比了广义平均周期图（AVGPR）法、广义功率谱（GPR）法及文中方法的检测性能。仿真结果表明,文中方法充分利用信号的相位信息,参数估计简单,相位补偿因子估计准确,在一定虚警概率下较AVGPR法的检测性能提高了接近5 dB左右。     

大侧斜螺旋桨负载噪声的边界元数值声学方法频域内计算分析

为探索艇尾桨无空化水下辅射噪声的数值预报方法,采用流场大涡模拟(LES)和声场边界元数值声学的弱耦合方法在频域内对艇尾标称伴流条件下的大侧斜螺旋桨水下负载噪声进行了预报.耦合方法的可信性由计算得到的DTRC4119无侧斜螺旋桨球面空间声压分布和特征测点处声压频谱级曲线与文献[5 -6]计算值的比较给予了验证.LES计算...     

剪切来流下超空泡射弹空化与水动力特性的数值研究

为研究剪切来流下超空泡射弹空化与水动力特性,采用Mixture多相流模型、Schnerr and Sauer空化模型和Realizable k-ε湍流模型,对水下剪切来流中的超空泡射弹进行数值模拟研究,来流平均速度为600 m/s,剪切率为0～7 500 s^-1。均匀来流中,包裹射弹的超空泡上下对称,阻力以压差阻力为主,升力系数为0。剪切来流下,超空泡不对称,并向低速侧偏斜,压差阻力略微增加,致使阻力系数增大。由于高速侧绕流更快,低速侧的涡旋产生更显著的卷吸作用,使得射弹受到朝向低速侧法向黏性力的作用,升力系数减小为负值。当剪切率进一步增大时,弹肩高速侧出现沾湿,弹体周围黏度增加,导致阻力系数显著增加,且水压显著大于饱和蒸汽压,压力的法向分量更加剧烈地作用到低速侧方向,升力系数进一步减小。     

水下爆炸数值仿真研究

研究水下爆炸数值仿真相关影响因素.针对有限差分程序AUTODYN在水下爆炸仿真研究中的应用,采用不同计算模型,对无限水域中半径为10mm的TNT球状药爆炸产生的冲击波传播及气泡脉动现象进行数值仿真,对计算结果进行对比分析.据此,对影响计算结果的相关因素进行了探讨,得出具有重要参考价值的研究结论.对水下爆炸数值仿真具有一定借鉴意义.     

大攻角水下航行体侧面空化特性的数值分析

为了考察水下航行体在大攻角下出现的侧面空化现象,建立了基于输运方程型空化模型和非线性涡粘湍流模式的空泡流数学模型和数值算法,自主开发了适用于复杂流场的三维空泡流计算程序,对水下航行体空泡流进行了数值模拟.计算得到了与试验一致的空泡形态,模拟出了实验所发现的大攻角航行体侧面空化的现象及其变化规律.航行体横截面内速度分布及...     

水中爆炸冲击波传播与气泡脉动的实验及数值模拟

以实验方法研究球形TNT炸药及柱形含铝炸药水中爆炸冲击波传播及气泡脉动规律。应用国际上通用的有限元程序MSC．DYTRAN模拟在重力影响下水中爆炸冲击波及气泡脉动的全物理过程,并将计算结果与实验结果进行对比分析,二者具有较好的一致性,验证了有限元模型正确、有效,结果准确。以此为基础,分析和总结了网格密度、圆柱形炸药长径比、爆炸距离、爆炸角度对冲击波峰值的影响。有限元模型、方法及计算结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。