【摘 要】
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潜艇是我国海上主要军事作战力量和工程领域重要工具,在当前针对水下声隐身技术的研究与应用中,螺旋桨噪声作为潜艇主要噪声源,对其的预测显得尤为重要。螺旋桨噪声的预测主要涉及到流-固-声耦合现象和动边界处理等复杂问题,处理该类问题时存在流固边界处理困难、计算量大等问题。混合模拟方法可以很好的处理流固耦合问题,并能够快速计算声场,因此是当前处理水下流-固-声耦合问题的主要方法。混合模拟将计算域分为声源区和
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潜艇是我国海上主要军事作战力量和工程领域重要工具,在当前针对水下声隐身技术的研究与应用中,螺旋桨噪声作为潜艇主要噪声源,对其的预测显得尤为重要。螺旋桨噪声的预测主要涉及到流-固-声耦合现象和动边界处理等复杂问题,处理该类问题时存在流固边界处理困难、计算量大等问题。混合模拟方法可以很好的处理流固耦合问题,并能够快速计算声场,因此是当前处理水下流-固-声耦合问题的主要方法。混合模拟将计算域分为声源区和传播区,声源区采取直接模拟,传播区采用声比拟方法计算声场。格子Boltzmann方法（Lattice Boltzmann method,LBM）作为近些年迅速发展的介观方法,能高效处理流固耦合、动边界,非常适合对声源区流场计算。在传播区,KFWH（Kirchhoff Ffowcs Willams-Hawkings）方法有着快速计算远场总噪声,计算量小的特点,适合针对远场的声场计算。因此,本文将采用LBM与KFWH对水下流-固-声耦合问题进行研究。本文首先回顾了LBM以及KFWH方法在声场计算的历史和研究现状,并对其计算声场的有效性进行了验证。针对传统方法计算声场未考虑非线性噪声,验证了非线性噪声不可忽略的重要性。由于非线性噪声计算存在计算量大的不足,提出了新的KFWH-N方法,该方法可以快速高效计算包含非线性噪声的总噪声。本文针对水下声场计算以及螺旋桨噪声预测分别开展了如下工作:⑴采用LBM/KFWH的混合模拟方法与直接模拟相对比,验证混合模拟方法的有效性。首先对三维空间典型声源进行计算,证实KFWH方法能很好的计算声场,基于此,针对水下三维椭圆球旋转声场进行数值模拟,实现了对声场的计算,并讨论了固体模量、旋转频率以及虚拟控制面选取对声场的影响。⑵针对传统KFWH方法准确计算远场声压需要选取较大控制面带来计算量大和计算时间长的不足,提出了新的改进方法KFWH-N。使用KFWH-N方法对水下三维椭圆球及螺旋桨旋转流噪声进行声压预报,初步验证了该方法的有效性,证实了该方法能很好的提高计算效率,并讨论了固体模量和旋转频率对KFWH-N方法的影响。
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