《水下物體脈動壓力與流噪聲頻譜特性的研究》是依託上海交通大學，由張懷新擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水下物體脈動壓力與流噪聲頻譜特性的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張懷新
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
聲吶是通過對水聲信號的頻譜特徵進行分析來探測水下物體的, 因此預報脈動壓力和流噪聲波數頻率譜對於水下航行體的隱身性來說非常重要。本項目將在已有研究的基礎上，運用大渦模擬對水下物體周圍的湍流流場進行數值模似，通過對時-空變化的流場進行統計分析，給出脈動壓力的波數－頻率譜，分析其遷移特性推導出遷移速度，並探討湍流對脈動壓力模式的影響。將此粘性流場作為聲源，利用Lighthill聲類比理論，在不做緊緻聲源的假定下，通過邊界元法計算包括水下物體近場的水動力噪聲。從湍流邊界層內的瞬時脈動速度和壓力直接計算湍流邊界層輻射噪聲，利用聲場計算結果分析討論聲源項的分布和水動力噪聲的特性，揭示湍流邊界層壓力脈動與輻射噪聲之間的關係，計算分析水下航行體湍流邊界層輻射噪聲的頻譜範圍和指向性。這一研究對進一步揭示湍流與聲輻射相互作用的機理有著深刻的理論意義，同時對開發設計新型快速安靜性水下潛艇有著重大的現實意義。
結題摘要
聲吶是通過對水聲信號的頻譜特徵進行分析來探測水下物體的, 因此預報脈動壓力和流噪聲波數頻率譜對於水下航行體的隱身性來說非常重要。本項目套用大渦模擬理論，通過求解非定常不可壓縮的Navier-Stokes方程，對水下物體周圍的湍流流場進行數值模似，通過對時—空變化的流場進行統計分析，給出脈動壓力的波數－頻率譜，通過與潛艇模型脈動壓力的試驗結果比較分析表明，大渦模擬理論成功地模擬了潛艇壁面脈動壓力的頻譜變化，結果具有較可靠的精度。傳統的流噪聲計算一般以FW-H方程為基礎，但由於該方程在推導過程中引入了緊緻聲源假定，故其只能計算遠場中的聲學信息，對潛艇壁面與近場則無能為力。本研究以前面得到的粘性流場作為聲源，利用Lighthill聲類比理論，在不做緊緻聲源的假定下，通過邊界元法計算包括水下物體近場的水動力噪聲，利用聲場計算結果分析討論聲源項的分布和水動力噪聲的特性，計算分析水下航行體輻射噪聲的頻譜範圍和指向性。在此基礎上對操縱運動中水下航行體粘性流場與流噪聲，流固耦合作用下的流激噪聲，螺旋槳噪聲及柔性材料的減阻降噪等相關問題進行了初步研究。這些研究對進一步揭示旋渦、湍流、聲波等相互作用的機理有著深刻的理論意義，解決了流場和聲場數值模擬所面臨的關鍵問題，搞清了湍流邊界層輻射噪聲源中的脈動壓力與流噪聲的關係，發展了有實用價值的理論方法和計算軟體；從實用價值上看，對指導新型安靜型潛艇的設計和提高我國潛艇的作戰性能、隱蔽能力具有重大的現實意義，同時為探測分析敵方潛艇的頻譜特性提供了有效的手段。在學術和理論發展上達到目前國際前沿發展水平。
