潜艇围壳线型优化抑制脉动压力与流激噪声的数值模拟研究_张楠

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1、第18卷第4期船舶力学Vol.18No.42014年4月JournalofShipMechanicsApr.2014文章编号：1007-7294（2014）04-0448-11潜艇围壳线型优化抑制脉动压力与流激噪声的数值模拟研究张楠，吕世金，沈泓萃，谢华（中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082）摘要：潜艇脉动压力与流激噪声的数值预报与分析已经成为流声耦合研究领域的重要课题。文章对于潜艇围壳进行了前缘加装填角以及三维座舱型围壳的线型优化，并采用大涡模拟与声学类比方法对于原围壳、带填角围壳与三维围壳的涡旋流场

2、（马蹄涡）和声学特征进行了数值计算评估，分析了围壳线型优化对于壁面脉动压力和流激噪声的定量影响与抑制效果，研究表明直立型围壳加装填角或者进行三维流线型设计，可以明显改善围壳区域特别是围壳与艇体交接部的流动品质，使得脉动压力与流激噪声显著下降。文中工作有益于潜艇流声耦合学术研究以及未来新型潜艇设计。关键词：围壳；线型优化；马蹄涡；脉动压力；流激噪声；大涡模拟；声学类比中图分类号：U661.3文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1007-7294.2014.04.013Numericalsimul

3、ationontheeffectoffairwateroptimizationtosuppressthewallpressurefluctuationsandflowinducednoiseZHANGNan,L譈Shi-jin,SHENHong-cui,XIEHua(ChinaShipScientificResearchCenter,Wuxi214082,China)Abstract：Numericalsimulationofwallpressurefluctuationsandflowinducednois

4、eofsubmarinehasbe-comevigorousinthefieldofflow-acousticcoupling.Thefairwaterofasubmarineisoptimizedbytwoshapes,oneisthefairwaterwithfillet,andanotheristhree-dimensionalcanopy-likefairwater.NumericalinvestigationbyLESandacousticanalogyiscarriedouttoanalyzeth

5、evorticalflowfields(horse-shoevor-tex)andacousticcharacteristicsofthethreefairwaters,andtheeffectofoptimizationisstudiedtodescribethequantitativechangeofpressurefluctuationsandflowinducednoise.Thisstudyshowsthattheoptimiza-tionoffairwaterisabletoimprovethef

6、lowqualityaroundfairwaterespeciallyinthejunctionoffairwaterandhull,andthewallpressurefluctuationsandflowinducednoisecanbesuppressedobviously.Theworkisbeneficialtotheresearchinthefieldofflow-acousticcouplingandthedesignofthesubmarinewithanewtype.Keywords:fai

7、rwater;shapeoptimization;horse-shoevortex;pressurefluctuations;flowinducednoise;largeeddysimulation(LES);acousticanalogy收稿日期：2014-03-04基金项目：自然科学基金资助项目（51079133）；江苏省自然科学基金资助项目（BK2010162）作者简介：张楠（1977-），男，博士，中国船舶科学研究中心高级工程师，E-mail:zn_nan@sina.com；吕世金（1973-），男，

8、中国船舶科学研究中心研究员。第4期张楠等：潜艇围壳线型优化抑制脉动压力与…4491引言当火箭、飞机、导弹等飞行器在空气介质中运动，或舰船、潜艇、鱼雷等航行体在水介质中运动时，它们的外表面都会形成边界层。边界层内的脉动速度诱导产生物面上的脉动压力（pressurefluctuations或者wallpressurefluctuations），进而产生远场流激辐射噪声。边界层中的脉动压力特性是湍流研究中