内置隔振单元的蒙皮结构设计及其降噪特性研究
发布时间：2022-02-04 20:58
潜艇、鱼雷等水下航行器作为海洋军事力量的重要组成部分,一直都受到世界各国的高度重视。为满足日益增长的国家安全战略需求,各国对水下航行器的快速性及隐身性能都提出了更高的要求。因此,如何提高水下航行器的声隐性能,成为了船舶机械以及减阻降噪工程领域的研究热点。舰船隔振系统通过在振源和基础之间添加隔振装置,利用其弹性变形能够十分显著地降低扰动源作用时机械振动及噪声的传递。因此,本文基于舰船隔振系统优异的减振降噪特性,提出通过在柔性蒙皮中内置微小隔振单元的方式,构建一种新型的蒙皮结构,进而对该蒙皮的降噪特性及机理进行全面系统的研究。本文主要进行了以下几个方面的工作:首先,基于蒙皮结构的工作特点和设计需求,结合舰船隔振系统和柔性表面流体减阻降噪技术,构建了一种新型的流体降噪蒙皮结构。蒙皮结构主要由内外约束层和隔振单元组成,可以有效地抑制边界层的转捩,降低湍流脉动的产生,实现对流噪声的有效控制。其次,建立了双向流固耦合控制方程;利用大涡模拟方法获得脉动激扰下蒙皮表面流场信息,得到了蒙皮结构表面在轴向与周向上的湍流脉动压力分布规律;对比有无蒙皮的脉动压力分布,探究了蒙皮对研究对象表面脉动压力的影响。结...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“Alberich”吸声覆盖层经过研究表明，Alberich吸声覆盖层内的圆柱形空腔一般都是呈周期性分布的，
苏联海军终于证实了吸声覆盖层对抑制潜艇声辐射的产生是有效的，于是在 1984 年，第一艘“塞拉”级攻击型核潜艇问世，该潜艇是苏联军方自行研制的攻击型核潜艇[5]，如图 1.2（a）所示。为了使“塞拉”级核潜艇具备良好的隐身性能，苏联海军将艇体表面的突起几乎全部除去，艇体表面保持光滑流畅，艇体与指挥台之间的连接采用弧形圆滑过渡（这样极大地减少了流体之间的相互干扰，达到了减阻降噪的效果），同时减少了艇体表面的流水孔（这样很好地抑制了流噪声的产生）。同时，该潜艇还在艇体表面敷设了两层厚度不一样的吸声覆盖层，内外两层材料均为合成橡胶，其厚度在 80 ~150mm之间，长宽比为 85 ~90，外层结构为实心材料，内层则设有外形和尺寸各不相同的空腔结构[6]。该结构不但能够吸收敌方主动声呐的探测声波，还能抑制自身流噪声的产生。同一时期除了“塞拉”级攻击型核潜艇外，苏联海军在 80 年代建造的“阿库拉”级攻击型核潜艇也敷设了吸声覆盖层[5]，如图 1.2（b）所示。
图 1.3（a）“明”级核潜艇 图 1.3（b）“宋”级核潜艇1.2.2 湍流脉动研究现状流体由于其粘滞性的存在，在实际流动中会呈现出两种不同运动形态：层流和湍流。二者之间的区别之处在于：在流动过程中，不同的流层之间是否会发生混掺现象。在湍流运动中，流体质点自身的运动没有任何规律，相互碰撞，不同的流层还会发生相互跃迁，产生不规则的脉动压力，而在层流运动中则没有这种现象[8]。湍流和层流是根据雷诺数的大小来判断的，高于临界雷诺数的是湍流，而低于临界雷诺数的是层流。湍流是日常生活中普遍存在的一种流体运动形式，人们对湍流运动的研究起始于几百年前，但直到现在人们仍然没有对湍流运动的本质有一个明确的解释。湍流场的基本特征是流体微元运动的随机性、时变性和不规则性[9]。在湍流运动中湍流场的各个物理量（如压力、速度、温度等）都表现出极强的随机性和不规则性，无法定量的描述湍流场的物理性能。湍流场中的各个物理量既是时间的函数，又是空间的函数，虽然流体力学的三大方程也常被用来计算流体的运动，但是由于方程本身的局限性，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双向流固耦合的柔性表面覆盖层减阻性能[J]. 杨兆臣,张怀新. 上海交通大学学报. 2016(08)
[2]壁面涡旋结构与湍流脉动压力的大涡模拟研究[J]. 张晓龙,张楠,吴宝山. 船舶力学. 2014(08)
[3]基于大涡模拟和Kirchhoff积分方法的孔腔流动发声机理分析[J]. 张楠,沈泓萃,朱锡清,姚惠之. 船舶力学. 2011(04)
[4]国外消声瓦的研究与应用进展[J]. 张文毓. 船舶. 2010(06)
[5]《Virtual.Lab Acoustics声学仿真计算高级应用实例》[J]. 音响技术. 2010(06)
[6]表面涂层对航行体的减阻降噪作用分析[J]. 姜婷,边新迎. 水雷战与舰船防护. 2010(04)
[7]全附体潜艇流噪声数值计算[J]. 曾文德,王永生,杨琼方. 兵工学报. 2010(09)
[8]潜艇表面涂层失效机理的研究[J]. 阎瑞,耿志,吴行,马世宁. 海军工程大学学报. 2005(05)
[9]潜体绕流及远场声特性分析[J]. 傅慧萍,缪国平,高霄鹏. 海洋工程. 2005(03)
[10]具有粘弹性支撑的平板上势流的稳定性[J]. 赵汉中. 水动力学研究与进展（A辑）. 2002(02)
博士论文
[1]平板流动特性及其对深海平台垂荡抑制机理的研究[D]. 田新亮.上海交通大学 2014
[2]三维刚性壁面空腔流动机制与水动噪声研究[D]. 王玉.天津大学 2012
硕士论文
[1]太阳能平板空气集热器内部流动与传热特性分析及优化研究[D]. 卢喜梅.石家庄铁道大学 2017
[2]离心式喷嘴内部流动特性研究[D]. 李颖.大连理工大学 2017
[3]湍流激励下潜器蒙皮减阻降噪性能研究[D]. 王仲.哈尔滨工程大学 2017
[4]微型燃气轮机系统气动设计及变间隙对性能的影响[D]. 孙越.哈尔滨工业大学 2016
[5]结构参数对增压器压气机气动噪声影响特性研究[D]. 朱咸磊.湖南大学 2016
[6]水翼流致振动及声辐射特性研究[D]. 范国栋.上海交通大学 2015
[7]基于CFD/CAA的直筒笼式阀流动及噪声特性研究[D]. 杨定国.杭州电子科技大学 2014
[8]湍流边界层脉动压力激励潜艇模型振动声辐射[D]. 凌芳芳.大连理工大学 2013
[9]潜艇流噪声与流固耦合作用下流激噪声的数值模拟[D]. 江文成.上海交通大学 2013
[10]基于大涡模拟的潜艇脉动压力与流噪声性能数值计算[D]. 孟堃宇.上海交通大学 2011
本文编号：3613930
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省211工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
“Alberich”吸声覆盖层经过研究表明，Alberich吸声覆盖层内的圆柱形空腔一般都是呈周期性分布的，
苏联海军终于证实了吸声覆盖层对抑制潜艇声辐射的产生是有效的，于是在 1984 年，第一艘“塞拉”级攻击型核潜艇问世，该潜艇是苏联军方自行研制的攻击型核潜艇[5]，如图 1.2（a）所示。为了使“塞拉”级核潜艇具备良好的隐身性能，苏联海军将艇体表面的突起几乎全部除去，艇体表面保持光滑流畅，艇体与指挥台之间的连接采用弧形圆滑过渡（这样极大地减少了流体之间的相互干扰，达到了减阻降噪的效果），同时减少了艇体表面的流水孔（这样很好地抑制了流噪声的产生）。同时，该潜艇还在艇体表面敷设了两层厚度不一样的吸声覆盖层，内外两层材料均为合成橡胶，其厚度在 80 ~150mm之间，长宽比为 85 ~90，外层结构为实心材料，内层则设有外形和尺寸各不相同的空腔结构[6]。该结构不但能够吸收敌方主动声呐的探测声波，还能抑制自身流噪声的产生。同一时期除了“塞拉”级攻击型核潜艇外，苏联海军在 80 年代建造的“阿库拉”级攻击型核潜艇也敷设了吸声覆盖层[5]，如图 1.2（b）所示。
图 1.3（a）“明”级核潜艇 图 1.3（b）“宋”级核潜艇1.2.2 湍流脉动研究现状流体由于其粘滞性的存在，在实际流动中会呈现出两种不同运动形态：层流和湍流。二者之间的区别之处在于：在流动过程中，不同的流层之间是否会发生混掺现象。在湍流运动中，流体质点自身的运动没有任何规律，相互碰撞，不同的流层还会发生相互跃迁，产生不规则的脉动压力，而在层流运动中则没有这种现象[8]。湍流和层流是根据雷诺数的大小来判断的，高于临界雷诺数的是湍流，而低于临界雷诺数的是层流。湍流是日常生活中普遍存在的一种流体运动形式，人们对湍流运动的研究起始于几百年前，但直到现在人们仍然没有对湍流运动的本质有一个明确的解释。湍流场的基本特征是流体微元运动的随机性、时变性和不规则性[9]。在湍流运动中湍流场的各个物理量（如压力、速度、温度等）都表现出极强的随机性和不规则性，无法定量的描述湍流场的物理性能。湍流场中的各个物理量既是时间的函数，又是空间的函数，虽然流体力学的三大方程也常被用来计算流体的运动，但是由于方程本身的局限性，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于双向流固耦合的柔性表面覆盖层减阻性能[J]. 杨兆臣,张怀新. 上海交通大学学报. 2016(08)
[2]壁面涡旋结构与湍流脉动压力的大涡模拟研究[J]. 张晓龙,张楠,吴宝山. 船舶力学. 2014(08)
[3]基于大涡模拟和Kirchhoff积分方法的孔腔流动发声机理分析[J]. 张楠,沈泓萃,朱锡清,姚惠之. 船舶力学. 2011(04)
[4]国外消声瓦的研究与应用进展[J]. 张文毓. 船舶. 2010(06)
[5]《Virtual.Lab Acoustics声学仿真计算高级应用实例》[J]. 音响技术. 2010(06)
[6]表面涂层对航行体的减阻降噪作用分析[J]. 姜婷,边新迎. 水雷战与舰船防护. 2010(04)
[7]全附体潜艇流噪声数值计算[J]. 曾文德,王永生,杨琼方. 兵工学报. 2010(09)
[8]潜艇表面涂层失效机理的研究[J]. 阎瑞,耿志,吴行,马世宁. 海军工程大学学报. 2005(05)
[9]潜体绕流及远场声特性分析[J]. 傅慧萍,缪国平,高霄鹏. 海洋工程. 2005(03)
[10]具有粘弹性支撑的平板上势流的稳定性[J]. 赵汉中. 水动力学研究与进展（A辑）. 2002(02)
博士论文
[1]平板流动特性及其对深海平台垂荡抑制机理的研究[D]. 田新亮.上海交通大学 2014
[2]三维刚性壁面空腔流动机制与水动噪声研究[D]. 王玉.天津大学 2012
硕士论文
[1]太阳能平板空气集热器内部流动与传热特性分析及优化研究[D]. 卢喜梅.石家庄铁道大学 2017
[2]离心式喷嘴内部流动特性研究[D]. 李颖.大连理工大学 2017
[3]湍流激励下潜器蒙皮减阻降噪性能研究[D]. 王仲.哈尔滨工程大学 2017
[4]微型燃气轮机系统气动设计及变间隙对性能的影响[D]. 孙越.哈尔滨工业大学 2016
[5]结构参数对增压器压气机气动噪声影响特性研究[D]. 朱咸磊.湖南大学 2016
[6]水翼流致振动及声辐射特性研究[D]. 范国栋.上海交通大学 2015
[7]基于CFD/CAA的直筒笼式阀流动及噪声特性研究[D]. 杨定国.杭州电子科技大学 2014
[8]湍流边界层脉动压力激励潜艇模型振动声辐射[D]. 凌芳芳.大连理工大学 2013
[9]潜艇流噪声与流固耦合作用下流激噪声的数值模拟[D]. 江文成.上海交通大学 2013
[10]基于大涡模拟的潜艇脉动压力与流噪声性能数值计算[D]. 孟堃宇.上海交通大学 2011
本文编号：3613930
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