微浮筏阵列蒙皮流体减阻及降噪特性研究

Floating raft system can effectively reduce the transmission of mechanical vibration and noise due to multiple excitation，which is similar to hydrodynamic force excitation and acoustic excitation applied to the surface of the underwater vehicle. Therefore, on the basis of the excellent vibration and noise reduction characteristics of the floating raft system, through miniaturizing the floating raft system and combining the drag and noise reduction technology of the bionic flexible surface, a configuration of skin made of micro floating raft arrays is presented and the mechanism and property of the skin will be studied..This topic will focus on the following issues:.(1)To research how the proposed skin made of micro floating raft arrays influence the flow fluid and the control mechanism of the turbulent coherent structure..(2)To research how the proposed skin influence the sound field generated by hydrodynamic force, the mechanism of suppressing sound radiation and noise reduction..(3) To compare the effect of the drag and noise reduction by conducting experiment on the proposed skin samples modulated with various structure parameters, and observe the experimental data of the flow fluid, sound field and acoustic characteristic, thus explore the optimized structural parameters at various flow rates..The research on these key issues will provide a guide for the development and application of new structure and theory in the field of drag and noise reduction.

浮筏减振系统能够十分显著地降低多扰动源作用时机械振动及噪声的传递。水下航行器表面所受的水动力激励和声波激励均与浮筏减振系统所承受的多点激励情况类似。因此，本项目基于浮筏减振系统优异的减振降噪特性，提出了对现有浮筏减振系统进行微小化，同时结合仿生柔性表面减阻降噪技术，构建一种微浮筏阵列蒙皮结构，进而对该蒙皮的减阻降噪特性及机理进行全面系统的研究。.本课题工作重点：.1.研究微浮筏阵列蒙皮对水下航行器表面流场的影响及湍流边界层相干结构的控制机理。.2.研究微浮筏阵列蒙皮对水动力激励下水下航行器周围声场的影响以及声辐射抑制机理与消声降噪机理。.3.通过实验观测微浮筏阵列蒙皮表面流场、声场及其自身声学特性的相关数据，研究对比具有不同结构参数的微浮筏阵列蒙皮减阻降噪特性及参数影响，探索各流速下该蒙皮最优化结构参数。.对这些关键问题的研究将为水下航行器减阻降噪技术领域新型结构与理论的发展应用做出探索。

受到传统浮筏系统优异的减振性能的启发，考虑到流体水动力激励与浮筏减振系统所承受的多点激励具有相似性，本项目将浮筏减振结构与柔性表面相结合，构建了一种用于水下减阻的微浮筏阵列蒙皮结构，其主要由柔性表皮和阵列形式的微浮筏减振单元组成。本项目以微浮筏阵列蒙皮为研究对象，分析了其减阻、降噪及消声特性，并对该蒙皮未来的智能化进行了探索。主要研究成果包括：.1.完成了微浮筏阵列流体减阻降噪蒙皮的结构设计，搭建了微浮筏阵列流体减阻降噪蒙皮实验平台。设计了蒙皮结构，完成了蒙皮各部件的材料、型号及相关参数的选择，介绍了蒙皮中间单元的3D打印制备过程及整体结构的安装流程；设计了相应的测试实验系统，搭建了可适用于不同流速、不同结构参数等条件下的转子实验平台。.2.研究了微浮筏阵列蒙皮的流体减阻特性。基于流动稳定性理论建立了微浮筏阵列蒙皮及其表面流场的流固耦合模型，从边界层转捩的角度初步探究了蒙皮的减阻性能；基于开源软件IB2D和IBAMR编写了相关数值模拟程序，研究了蒙皮表面的流场特性；通过转子实验对比分析了敷设和未敷设蒙皮时的阻力大小，获得了蒙皮的实际减阻效果。.3.研究了微浮筏阵列蒙皮流体降噪特性。建立了微浮筏阵列蒙皮的声振耦合方程，应用模态展开法对该声振耦合方程进行求解，得到了蒙皮振动速度与蒙皮结构参数及湍流脉动压力的关系，研究了不同结构参数对蒙皮减振降噪性能的影响，并与现有文献中敷设单层蒙皮圆柱壳体表面的声振特性进行了对比，揭示了微浮筏阵列蒙皮的流体降噪机理。.4.研究了微浮筏阵列蒙皮的声学特性。在航行器静态水工况下，建立了微浮筏阵列蒙皮的Comsol仿真模型，计算了不同结构参数下微浮筏阵列蒙皮入射声波的反射系数、透射系数、吸声系数曲线，分析了蒙皮的声学特性，明确了在静态水下条件下，蒙皮各项结构参数对声波反射与透射的衰减作用的影响，揭示了微浮筏阵列蒙皮的消声降噪机理。.5.完成了微浮筏阵列蒙皮智能化的探索性研究。利用磁流变材料在磁场作用下刚度及阻尼可变的特殊理化性质，构建了一种基于磁流变弹性体的类微浮筏智能减阻降噪蒙皮，完成了蒙皮智能化控制的探索性研究。.项目执行期间，共发表学术文章21篇（均标注本基金项目资助）；申报发明专利9项，目前授权6项，公开3项；培养博士3人，硕士14人。