【摘要】：隨著新一輪軍事技術(shù)革命,未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境正在由三維向多維轉(zhuǎn)變,艦艇隱身性能已成為一項(xiàng)戰(zhàn)略性的指標(biāo),其中聲隱身性能是艦艇隱身性能的重要組成部分。研究表明,艦艇的噪聲信號(hào)可以在遠(yuǎn)達(dá)數(shù)十至上百公里外被探測(cè)到,噪聲每下降10dB,則可探測(cè)距離會(huì)縮小1/3,可見(jiàn)噪聲已嚴(yán)重影響了艦艇聲隱身性能。除了對(duì)艦艇聲隱身性能的影響,艦艇的噪聲也會(huì)對(duì)艦員的身心健康與艦艇上生活和工作產(chǎn)生不同程度的影響,此外,強(qiáng)烈的噪聲還會(huì)導(dǎo)致艦艇裝備和艦艇結(jié)構(gòu)的聲疲勞,輕則影響艦艇的服役年限,重則可能導(dǎo)致災(zāi)難性事故發(fā)生。艦艇是一個(gè)復(fù)雜的噪聲體,包括機(jī)械噪聲、機(jī)槳噪聲、水動(dòng)力噪聲和氣動(dòng)噪聲等,其中通風(fēng)管路的氣動(dòng)噪聲是艦艇總體噪聲的主要來(lái)源之一,因此研究通風(fēng)管路的氣動(dòng)噪聲及降噪方法具有重要的軍事意義,特別是對(duì)服役時(shí)間較長(zhǎng),噪聲較高的在役艦艇,如何評(píng)估艦艇的氣動(dòng)噪聲水平以及對(duì)噪聲進(jìn)行有效抑制,是海軍現(xiàn)役艦艇性能升級(jí)改造的重要研究?jī)?nèi)容。本文以艦艇通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)管路為研究對(duì)象,對(duì)通風(fēng)管路的氣動(dòng)噪聲產(chǎn)生機(jī)理和影響因素進(jìn)行理論分析,以典型的環(huán)形通風(fēng)管路為例進(jìn)行仿真模擬;參考理論分析和仿真模擬的結(jié)果開(kāi)展噪聲抑制技術(shù)研究,主要內(nèi)容及結(jié)論為:1、理論上分析了艦艇通風(fēng)管路氣動(dòng)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和影響氣動(dòng)噪聲的因素。分析結(jié)果表明,通風(fēng)管路的噪聲源主要為分布在壁面的偶極子噪聲源,并且管路內(nèi)的氣流速度和管路的橫截面積對(duì)氣動(dòng)噪聲有直接影響。2、以典型的艦艇環(huán)形通風(fēng)管路為例,在PRO/E環(huán)境下建立通風(fēng)管路的三維模型,然后在ICEM CFD環(huán)境下對(duì)三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,最后在FLUENT環(huán)境下分別對(duì)不同流速和不同橫截面積的通風(fēng)管路進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明,通風(fēng)管路的氣動(dòng)噪聲屬于中低頻噪聲,噪聲水平與速度成正比,與橫截面積也成正比,而且速度對(duì)氣動(dòng)噪聲的影響水平要高于橫截面積對(duì)氣動(dòng)噪聲的影響水平。3、研究了基于膨脹腔消聲器的艦艇通風(fēng)管路降噪方法。首先分析了簡(jiǎn)單膨脹腔消聲器的消聲性能以及影響消聲性能的因素,然后對(duì)比分析了內(nèi)插管式膨脹腔消聲器的消聲性能以及影響消聲性能的因素,最后確定了加裝帶有前后內(nèi)插管式的膨脹腔消聲器的方案并在FLUENT環(huán)境下對(duì)方案進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,結(jié)果表明,加裝帶有前后內(nèi)插管式的膨脹腔消聲器后通風(fēng)管路的噪聲降低了9.1 dB,降噪比達(dá)到了10%,降噪效果明顯。論文研究方法與研究結(jié)論可為艦艇氣動(dòng)噪聲評(píng)估與抑制改進(jìn)提供參考。
【圖文】：

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文用了加裝穿孔結(jié)構(gòu)的方法，其基本結(jié)構(gòu)如圖 1.3(b)、(c)所示。工程技術(shù)專家對(duì)工程上常用的直通穿孔管[40，41]、阻流式穿孔管[42]以及三通穿孔管[43]等不同穿孔結(jié)構(gòu)的膨脹腔消聲器進(jìn)行了大量的實(shí)踐分析。實(shí)踐分析表明無(wú)論何種穿孔結(jié)構(gòu)，穿孔管的穿孔率、穿孔直徑、穿孔管的管壁厚度、空氣溫度以及不同溫度下的不同空氣動(dòng)力粘度都是影響消聲器的因素[44]。Melling[45]、Sullivan[44，46，47]、Mechelm、Lee[48]、康鐘緒[49]等人基于大量的工程實(shí)驗(yàn)給出了穿孔管的穿孔率、穿孔直徑、穿孔管的管壁厚度、空氣溫度以及不同溫度下的不同空氣動(dòng)力粘度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明對(duì)于穿孔管膨脹腔消聲器，如果穿孔管的穿孔率超過(guò) 1/4 時(shí)，無(wú)論何種穿孔管只起到導(dǎo)流作用，對(duì)降噪幾乎沒(méi)有幫助，而當(dāng)穿孔率低于 1/4 時(shí)，隨著穿孔率的降低穿孔管膨脹腔消聲器的效果越好[50]。除了上面所說(shuō)的穿孔管結(jié)構(gòu)，使用內(nèi)插管[51]、回流腔[52， 53]、側(cè)枝共振腔[36]、多腔室聯(lián)合[54]等結(jié)構(gòu)，膨脹腔消聲器的通過(guò)頻率也能等到很好地控制。然而受制于膨脹腔消聲器的體積，在工程實(shí)際中的應(yīng)用一般由安裝消聲器的實(shí)際空間決定。

管的缺點(diǎn)和赫姆霍茲共振器的缺點(diǎn)一樣[36]。Selamet[57]通過(guò)對(duì)噪聲聲壓和空氣流速的理論分析，提出了平面波在 H-Q 管傳播時(shí)的理論公式。對(duì)于 H-Q 管而言，主管路和旁通管路的長(zhǎng)度差直接決定了傳遞損失峰值的大小。在兩種情況下 H-Q 管的傳遞損失會(huì)達(dá)到共振峰值，一是當(dāng)主管路和旁通管路的長(zhǎng)度差值為聲波一半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)，第二個(gè)交叉點(diǎn)處來(lái)自主管路和旁通管路內(nèi)的噪聲聲波相位剛好相反從而干涉抵消；二是當(dāng)主管路和旁通管路長(zhǎng)度為聲波波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，聲波的傳播會(huì)在主管路和旁通管路構(gòu)成的回路內(nèi)形成循環(huán)，導(dǎo)致第二個(gè)交叉點(diǎn)處傳遞聲波能量為 0。而 H-Q 管傳遞損失的整體幅值與主管路和旁通管路的長(zhǎng)度差值無(wú)關(guān)，但會(huì)隨著旁通管路和主管路的橫截面積比的減小而增大。Torregrosa[58]等人通過(guò)傳遞矩陣法的分析發(fā)現(xiàn)均勻的空氣流動(dòng)對(duì)簡(jiǎn)單 H-Q 管傳遞損失的整體幅值沒(méi)有影響，，僅改變了傳遞損失峰值的位置。Karlsson[59]在空氣流動(dòng)狀態(tài)下建立了復(fù)雜 H-Q 管的聲學(xué)有限元模型，著重研究了傳遞損失峰值形成的原理，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了論證，但遺憾的是在空氣流動(dòng)狀態(tài)下簡(jiǎn)化后的模型與實(shí)際中的相差較大，從而致使空氣流動(dòng)狀態(tài)下的實(shí)際測(cè)量結(jié)果與理論分析數(shù)值存在較大的差異。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U674.7

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 李曉東;江e

本文編號(hào)：2665371