泵喷推进器水下辐射噪声性能预报及其参数化声学设计研究

在对全附体潜艇和鱼雷粘性流场特征有充分了解的基础上，对航行器尾部伴流场中的泵喷远场辐射噪声进行预报，分析其同时存在转子-定子相互作用以及导管对声场的屏蔽、绕射和散射作用时的噪声辐射机理和噪声频谱特性，探索其在声场性能特征反馈指导下的参数化设计过程，构建非均匀进流条件下的泵喷辐射噪声预报和声学设计的平台。分离出叶面负载噪声和转子-定子相互作用噪声在总噪声中的贡献，分析导管声模态传播特征以及转子轴向位置对导管声模态的影响。同时，从单个转子分析的角度，融合基于涡格升力线理论的螺旋桨设计与敞水性能分析、非空化与面空化性能的RANS模拟、面空化噪声的脉冲球形气泡辐射噪声理论和两种空化噪声谱源级经验公式预报，构建基于水动力和声学性能评价的螺旋桨设计与性能分析的综合数值平台。螺旋桨负载噪声宽带谱的预报精度由消声水池实验来验证。为实现潜艇或鱼雷低噪声非常规推进器的基于水动力和声学性能的参数化设计奠定基础。

泵喷推进器作为水下航行体低噪声、高效率推进的首选推进器，可信预报其辐射噪声性能并能实现满足快速性需求的泵喷参数化设计，对于自主研发低噪声泵喷和提高舰艇的声隐声性能至关重要。以伴流场中大侧斜螺旋桨无空化和有空化噪声可信数值预报及水动力设计为基础，构建了泵喷辐射噪声预报和参数化设计数值平台。实现了推进器空化流场高精度模拟，提出了改进空化模型和空化初生判定准则，预报得到的实尺潜艇七叶桨空化初始航速仅偏离实测值0.3kn，预报得到的初生空化状态下鱼雷尾部对转螺旋桨和泵喷的线谱谱级及总声级，与试验值相比误差均小于3dB；采用参数化三元逆向设计方法，自主设计得出了高效型混流式喷水推进泵、紧凑式大功率密度喷水推进轴流泵及低噪声前置定子式泵喷，向现代舰艇低噪声推进器的自主声学设计迈出了坚实的一步。