拖曳式线列阵声纳在水下反潜战中发挥着重要作用。拖曳阵工作时,由于拖缆和海水间的相对运动,在拖缆护套的外表面附近存在海水介质微团的湍流脉动,由此激发出水动力噪声,称之为流致噪声。流致噪声的强度是影响拖曳式声纳实际工作性能的重要因素:高速拖曳状态时,流噪声的强度有时远大于环境噪声,目标的质点振速信息将被完全淹没在流噪声中。

拖缆在海水中拖曳时,海水和拖缆间的相对运动产生的流噪声按其机理,可分为两种:一种是拖缆外表面处湍流边界层中的脉动压力,主要由湍流的微尺度运动及表面的涡脱落产生。共有两种作用模式:1)透过护套,传递到内部流体;2)护套的耦合激励,产生再辐射噪声。另一种是由拖船尾流、涡流等不稳定性所引起的拖缆和尾缆的振动,这两种振动即使经过隔震模块衰减,仍可引起线阵的振动,并由此可产生三种传播形式的波:1)在液体介质中传播的纵波;2)在护套壳内传播的剪切波;3)结构共振模态产生的再辐射声波。

本次分析仅考虑第一种机理产生的噪声影响。

一、研究对象

1)拖曳声纳管道以水平方向拖动,管道外是水,管内是油,水听器放置在管道中;

2)本次计算忽略水听器,仅求解外部湍流边界层脉动压力作用于管壁以及管内的声场分布;

3)管道直径0.066米,壁厚0.002米,以7米/秒的速度沿轴向拖动;

4)管壁材料参数:杨氏模量5.35E10帕,阻尼0.1,泊松比0.35,密度1180千克/米3;

5)管内流体:桐油密度933千克/米3,声速1450米/秒。

二、分析步骤

表面压力:

1)0.2026s时刻表面压力

2)0.2295s时刻表面压力

3)1000Hz表面压力

4)2000Hz表面压力

步骤3. ACTRAN拖曳声纳流致噪声影响计算

ACTRAN模型说明:截去管道两头部分,取中间一段管道计算,L1=0.5米。

ACTRAN流致噪声影响计算:

场点:建立四个场点:point1 [0.5,0,0]、 point2 [0.5,0.1,0]、point3 [0.5,0.2,0]、 point4 [0.5,0.3,0]

三、位移云图

四、声压云图

五、场点声压级频谱曲线

六、场点声压级比较

七、总结

1、本次分析包含CFD计算与CAA计算:

CFD计算使用Fluent软件 非定常计算使用大涡模拟模型;0.0001秒间隔,从0.2026s时刻开始连续提取270个时间步。

CAA计算使用ACTRAN软件 ICFD提取表面脉动压力并进行时频转换;ACTRAN计算流致噪声影响。

2、本次分析值得改进的地方:

1)非定常计算时间不够长,流场计算尚未稳定;

2)保存的时间步不够多,转换后的频率步长较大;

3)本次分析仅作为该类型问题的演示算例,激励方式与边界处理方法值得进一步研究。

八、未来的工作

1、壁面脉动压力采样方式比较 Integration积分法 vs Sampling 采样法;

2、脉动压力求解方法比较 CFD技术与ACTRAN中的TBL(湍流边界层)激励模型比较。