马蹄涡对潜艇声学特征影响的新型抑制方法研究

The horseshoe vortex generated at the junctions of the main body and appendages of submarine has adverse influence on the acoustic stealth performance of submarine. Those are, the horseshoe vortex-induced hydrodynamic noise forms the peak of submarine hydrodynamic noise with high speed, and the horseshoe vortex causes the nonuniformity of inflow wake for submarine propeller, which will induce the propeller thrust and torque pulse and increase the vibration and noise of propeller. But at present, the study on the submarine horseshoe vortex and its control method is inadequate and unsatisfactory.. The research on the hydrodynamic performance and acoustic characteristics of submarine horseshoe vortex and its effect on submarine will be carried out by flow field simulation, acoustics computation, theoretical analysis and model test, which will focuses on the new method to control the acoustic characteristics of horseshoe vortex. The main content are: 1) the identification and visualization of submarine horseshoe vortex and study on the vortex-induced hydrodynamic acoustics; 2) study on the interaction of submarine wake and horseshoe vortex and its effect on propeller vibration and noise; 3) analysis on the acoustic characteristics of submarine horseshoe vortex and the new method to control this kind acoustic characteristics; 4) study on the effect of the new horseshoe vortex control method to decrease the submarine acoustic characteristics. A new way to improve the submarine acoustic stealth performance will be drawn out with the studies carried out in this project.

潜艇主附体结合部马蹄涡对潜艇声隐身性能产生不利影响：马蹄涡涡激水动力噪声形成高航速下潜艇水动力噪声峰值；马蹄涡与潜艇尾流相互作用导致尾部推进器入流条件的明显不均匀，从而诱发推进器推力与扭矩脉动并激励推进器振动与噪声的扩大。目前关于潜艇马蹄涡声学特征及抑制方面的研究十分缺乏。.本项目将综合运用流场模拟、声场计算、理论分析、试验测量等方法，开展马蹄涡对潜艇水动力特性和声学特征影响分析，重点研究抑制马蹄涡声学特征的新方法，主要研究内容为：1）潜艇马蹄涡的识别显示及涡激水动力噪声研究；2）潜艇马蹄涡与尾流的相互作用及其对推进器振动噪声的影响研究；3）马蹄涡声学特征分析及其新型抑制方法研究；4）新型马蹄涡抑制技术改善马蹄涡对潜艇声学特征不利影响的效果研究。通过以上研究为提高潜艇声隐身性能提供新的技术途径。

潜艇凭借其良好的隐蔽性和强大的突袭能力而成为一种重要的海军主战装备。对于现代潜艇而言，隐身性能的好坏是决定潜艇技术水平高低和战斗能力强弱的关键指标，由于现有的探潜技术主要是通过侦听潜艇的水下辐射噪声来捕捉和定位潜艇的，所以，最大限度的控制潜艇的辐射噪声、提高潜艇的声隐身性是目前潜艇技术研究中的紧迫问题和相关学科中的热点问题。. 项目研究从潜艇的精细流场结构出发，通过数值方法模拟分析了潜艇流场特性，指出了潜艇马蹄涡结构是引起潜艇尾部螺旋桨振动噪声和潜艇指挥台围壳处水动力噪声的主要因素，从而提出基于马蹄涡抑制的降低潜艇螺旋桨振动噪声和水动力噪声的思路。. 项目研究了潜艇马蹄涡的识别显示技术，揭示了马蹄涡的形态及发展演化规律，根据马蹄涡的特点提出了控制马蹄涡的三种方法。对三种马蹄涡控制方法的效果进行了潜艇流场的数值模拟和风洞流场测量试验，表明所提出的方法起到了削弱马蹄涡的影响、提高潜艇尾流场均匀性的作用。结果显示潜艇桨盘面流场轴向、切向、径向速度分量的不均匀度明显下降。. 项目研究了马蹄涡抑制方法对潜艇指挥台围壳水动力噪声、潜艇螺旋桨非定常力及旋转噪声的作用效果，结果表明在模型尺度下，潜艇指挥台围壳水动力噪声可下降1.3dB、直航情况下潜艇螺旋桨单个叶片上非定常力变化幅度减小60%、螺旋桨旋转噪声中起主导作用的一阶叶频分量降低约6～8dB。 . 项目研究立足于潜艇声学特征控制这个潜艇技术中的重要问题，所开展的研究涉及到船舶水动力学和流体声学两个方面，并提出了一种基于流场控制的潜艇减振降噪技术途径，具有较强的科学意义和工程应用价值。迄今发表与项目研究相关的学术论文3篇，其中SCI检索2篇，EI检索3篇，并获批国防发明专利1项。