空泡螺旋桨低频噪声数值预报与模型试验研究

螺旋桨噪声是舰船主要的水下噪声源，而且螺旋桨一旦发生空泡，螺旋桨的辐射噪声将急剧增加。在螺旋桨辐射噪声中，低频噪声是重要组成部分，且低频噪声衰减慢，传播距离远，容易使舰船成为声纳和鱼雷的捕捉目标。因此，对空泡螺旋桨低频辐射噪声的数值预报方法进行研究，对提高舰船的声隐身性能是十分必要的。本项目在面元法预报螺旋桨非定常水动力性能和片空泡的基础上，对空泡螺旋桨的低频噪声进行数值预报和模型试验研究，主要研究内容包括：1）基于RANS方法预报船尾湍流场的离散谱和波数-频率谱；2）基于FWH声学方程计算空泡螺旋桨的低频辐射噪声（包括线谱噪声和宽带噪声）；3）螺旋桨低频线谱噪声自航模测试与分析。

本项目采用理论分析、编程计算、CFD软件计算、模型试验相结合的方法对空泡和非空泡螺旋桨的低频噪声进行研究。主要内容和成果如下：（1）用RANS方法计算得到艇体尾部速度离散谱，通过桨盘面处的速度分布，用面元法在时域内对螺旋桨非定常片空泡和非定常压力分布进行数值计算，将计算得到的螺旋桨各面元上的非定常压力、非定常片空泡体积作为源项输入到关于声压的线性积分方程中，计算得到了空泡螺旋桨和非空泡螺旋桨的低频线谱噪声，形成了用面元法计算螺旋桨低频线谱噪声的方法和计算程序。（2）通过频域求解方法计算出桨叶表面的压力谱，将桨叶表面的压力谱作为噪声源项，通过基于频域方法的噪声积分公式对桨叶表面的所有噪声源进行积分，可以得到螺旋桨的低频宽带噪声，形成了基于频域计算螺旋桨中低频宽带噪声的方法和计算程序。（3）采用分离涡方法计算带桨水下航行体的水动力性能，采用CFD软件中的声学模块，将艇后工作螺旋桨的表面设为声源面，计算得到了无空泡螺旋桨的低频线谱和中低频宽带噪声，形成了用CFD软件计算螺旋桨低频噪声的预报方法。（4）通过湖上自航实验，对螺旋桨线谱噪声进行了测量和分析。