水下气体喷射噪声特性研究

水下气体喷射形成了复杂气液流场,同时伴有频带宽、声压大的排气噪声产生。为研究水下排气流动状态与声压频谱之间的关系,建立水下排气噪声测试系统对水下排气形成的两相流场和排气噪声频谱进行了试验研究。结果表明随着排气速度的逐渐增大,排气形成的两相流场由气泡流态过渡为射流流态。伴随着流态的转换,气液边界面附近不稳定,形成大量体积较小气泡,这些小气泡在排气形成的湍流场激振作用下产生共振,从而辐射噪声;另一方面,这些气泡体积小,表面张力大,当多个气泡相互作用以及气泡形态发生变化时将释放出更高的能量,这些能量会辐射形成噪声;喷射流场的流态对水下排气噪声中频段声压峰值有较大的影响。当射流场由气泡流态过渡为射流流态后,2 kHz处对应的声压峰值呈非线性增大。     

不同环境下射流辐射噪声特性研究

水下排气噪声形成机理不同于空气排气噪声的产生机理,为了确定水下排气辐射噪声频谱特性及噪声源,进行了水下和空气气体喷射噪声试验研究。分析比较试验结果发现,气泡从管口脱落以及在流场力的作用下气泡体积振动产生的噪声是影响1~4 kHz频段声压的主要噪声源;当水下排气产生的两相流态由气泡流态过渡到射流流态后,气泡辐射噪声峰值与排气速率之间的线性关系消失,1~5 kHz频段内声压值变化较小,而在5 kHz以上的频段声压增幅较其它流量下却明显增大;水下排气由于气流剪切周围水体所引起的湍流噪声要明显低于空气排气产生的湍流噪声。     

水下射流流场分析与试验

光学窗口长期处于水下环境中容易滋生水生物,水生物的附着影响光学窗口的观察与使用。为抑制或去除附着水生物,采用水下高速射流的方法。水下射流不同于空气中射流,由于环境水的作用会有很大的能量消耗,而目标前射流的流场对清洗效果具有十分重要的影响,故而进行水下射流流场分析和试验研究。通过水下射流流场分析,获得目标前的流场参数。根据流场分析结果,设计了水下射流装置。水下射流装置由潜水电机、泵、喷管和控制箱组成。运用试验装置进行了水下射流试验,取得了喷口前300 mm处2.2 m/s的流速。运用水下射流装置定期对处于水下环境的光学窗口进行水下射流可以去除初期附着的水生物和污垢,也可以抑制水生物生长,保持光学窗口的洁净。     

喷口上游扰动对喷注噪声的影响及其抑制

本文研究了喷口上游气流受到扰动后对喷注噪声产生的影响。通过实验证明这种影响主要是上游湍流噪声辐射到喷口外部而产生的,并且观察到上下游之间存在微弱的非线性相互作用。在这个基础上进一步考察了小孔消声器对上游噪声的抑制作用,提出小孔消声器对这一部分噪声消声量的经验公式。     

城垛形喷口两相圆湍射流拟序结构的流动显示研究

用流动显示的方法对城垛形喷口气固两相圆湍射流中的拟序结构进行了研究。实验中采用直径为150 μm和350μm的玻璃微珠示踪固相,固相的气载比大约在1.0左右。喷口流动雷诺数为5000,斯德鲁哈尔数为0.50。实验结果表明:城垛形喷口能够影响两相圆湍射流中大涡结构的产生和演化。无动态激励时,城垛形喷口能促进大涡结构的产生和演化。有动态激励时,该喷口对射流中拟序结构的影响与流场中的颗粒大小有关。因此,城垛形喷口是控制两相圆湍射流拟序结构的一个有效途径。     

基于高速摄影的烟火药水下燃烧喷口气泡与噪声研究

为分析烟火药水下燃烧的现象及声辐射特性,采用高速摄影技术,对烟火药水下燃烧喷口处的气泡进行了实验研究。在此基础上根据高速摄影的系列图像估计了气泡体积,通过对气泡体积的曲线进行拟合后再求二阶导数获得了其变化的加速度,基于脉动体积源点声源公式,计算了喷口噪声的声压。结果表明由于界面的Bjerknes力和浮力的作用,气泡主要呈现一种扁球体;烟火药水下燃烧喷口噪声的声压最高达到了177.1 Pa。     

喷管内辐射-流动耦合特性的无量纲研究

本文系统推导了准一维喷管内的无量纲辐射-流动耦合控制方程,确定了喷管内辐射对流动特性的影响程度取决于Bo数,并分析了其物理内涵。在此基础上,本文分别采用MacCormack格式和蒙特卡罗算法耦合计算了喷管内不同Bo数下的流动特性,结果表明,除马赫数和压强外,其它流场特性参数对Bo数都比较敏感,Bo数越小,辐射影响程度越大。     

水下对转桨无空化噪声调制理论分析与试验研究

水下对转桨无空化噪声由流场-桨叶相互作用引起,调制特性是水下对转桨无空化噪声的重要特征,本文研究了水下对转桨无空化辐射噪声调制机理。首先利用广义声类比方法得到了无空化条件下水下对转桨的远场声压谱,建立了水下对转桨无空化噪声的调制模型,然后数值仿真了模型对转桨无空化噪声的功率谱和调制谱,最后在空泡水筒中进行了模型对转桨的无空化噪声测量试验,数值仿真结果和试验验证了调制模型的准确性。该模型对于水下对转桨无空化噪声调制特性预报及目标识别具有重要价值.      

水下气体射流初期流场的数值研究

水下气体喷射产生一个复杂的非稳态多相流场.为建立两相流场结构的预测方法,并揭示水下气体射流初期的流动演化和气水的相互作用,采用VOF两相流模型对水下气体喷射过程进行了数值模拟,分析了气体喷射形成的复杂流场结构.结果显示,在喷射初期,喷射形成的部分气泡在逆向涡流带动下向后翻卷;管口附近产生压力峰值区,该峰值快速衰减趋近于周围环境压力;射流过程中气液两相流场内形成了复杂的压缩和膨胀波以及涡旋运动.     

水下目标辐射噪声时间序列的非线性降噪处理

噪声是信号检测和目标识别的障碍．对水下目标辐射噪声降噪,过去常用线性的方法来对信号进行滤波。对于线性系统产生的信号,用线性滤波方法可以达到较好的效果但对非线性系统产生的信号或受非线性因素影响较大的信号,用线性滤波万法不能很好地滤除噪声,已经证明,水下目标辐射噪声信号中具有明显的非线性成分。因此,本文提出运用非线性方法对水下目标辐射噪声时间序列进行降噪处理。通过降噪前后重构吸引子、关联积分曲线斜率及信噪比的比较,表明该方法对去除水下目标辐射噪声时间序列中的噪声干扰十分有效。     

水下目标辐射噪声的非线性检验

由于非线性是混沌产生的必要条件,所以讨论一个观测时间序列是否具有非线性,对进一步利用混沌时间序列方法分析观测时间序列很有意义。本文讨论水下目标辐射噪声信号中非线性问题,运用替代数据方法,根据实验数据与替代数据之间峭度和自相关两个量的差异性,分析了水下目标辐射噪声信号中的非线性成分,得出结论：水下目标辐射噪声信号中存在非线性成分,且这种非线性不是由于静态测量函数的非线性引起的,为利用非线性时间序列分析方法分析水下目标噪声信号提供了理论依据。     

海面干涉对船舶水下辐射噪声测量的影响及其消减方法

针对海面干涉对船舶辐射噪声测量的影响,进而导致声源级测量不准确的问题,文章给出了利用时间平均、深度平均、1/3倍频程谱级3种数据处理方法减弱海面干涉的影响,通过模型仿真验证了以上方法的有效性。根据船舶水下辐射噪声测量的国际标准,在浅海测量了某新型科考船不同航速下的水下辐射噪声,并采用前述方法进行了数据处理与分析。计算了不同航速下被测船舶辐射噪声1/3倍频程频带声压级,并与挪威船级社发布的辐射噪声衡准值进行了对比。结果表明被测船舶噪声低频控制较好,高频控制较差,高航速(13 kn)被测船舶的2 kHz以上辐射噪声大于衡准值。      

舰船辐射噪声超混沌现象研究

水下弱目标探测和识别一直是水声信号处理领域中研究的难点。从Lyapunov指数谱、吸引子相空间轨迹的演化、分形维数等方面，对船舶辐射噪声是否存在超混沌现象进行了研究。实验结果表明，船舶辐射噪声信号确实存在至少两个正的Lyapunov指数，即存在超混沌现象。辐射噪声吸引子在相空间中的轨迹具有多方向伸展的趋势，且不同类型目标的吸引子具有不同的分形维数。研究结果为建立精确描述辐射噪声信号的非线性模型、为水下弱目标信号探测和识别提供一定的理论依据。     

矩形喷口欠膨胀超声速射流对撞的实验研究

在不同喷口间距和射流压力下开展了矩形喷口欠膨胀超声速射流对撞实验并与自由射流进行了对比. 实验表明:超声速射流对撞的辐射噪声中存在四种不同的啸音模式, 且随喷口距离和射流压力的变化在不同模式间切换. 在射流压力大于0.5 MPa且喷口间距小于50 mm时, 射流对撞面在两个喷口外形成两道正激波之间, 啸音基频维持在3 kHz左右. 随喷口间距的增大或射流压力的降低, 射流对撞面在一侧喷口外的弓形激波与另一侧喷口外的正激波之间. 对撞面也有可能出现在两个弓形激波之间, 对应的啸音基频约为9 kHz, 但容易受扰动而回到喷口一侧或是在喷口之间大幅度振荡. 当射流压力小于0.36 MPa且喷口间距大于70 mm后, 对撞面在两个喷口之间大幅度振荡, 产生基频在1 kHz左右并随射流压力的降低和喷口间距的增大而降低的啸音. 关键词： 超声速射流 啸音 射流对撞 激波     

翼梢侧向喷流干扰特性数值模拟

当弹体表面安装喷管时,在喷管迎风条件下往往出现不利的侧向喷流干扰,翼梢安装喷管能减弱这种不利干扰.采用有限体积离散方法求解N-S方程,研究了旋成体-边条翼-舵组合体翼梢安装喷管的侧向喷流干扰特性和规律.分析了干扰流场结构和喷流干扰因子随Mach数、攻角、飞行高度等参数的变化特性.研究结果表明:翼梢喷流干扰形成了非常复杂的流场结构,虽然翼梢喷流远离弹体,仍对弹体、翼、舵上的载荷产生明显影响,在不同飞行条件下干扰范围和强度明显不同.喷流气动干扰因子规律复杂并呈非线性变化,干扰因子大于0.5的范围明显增加,有效增加了喷流控制使用范围.但在某些条件下仍然出现较大负值,产生严重不利干扰现象.      

不同响应波长的HgCdTe光导器件噪声分析

研究了不同响应波长的HgCdTe器件在不同背景辐射条件下的噪声变化.随着背景辐射的增加,甚长波器件的噪声减小,而中波器件相反.噪声频谱测量表明,产生-复合噪声分量和1/f噪声分量是器件的主要噪声来源,并且这两个分量随背景的变化趋势相同.非平衡载流子和器件有效寿命的理论分析,表明器件噪声随背景辐射的变化存在一个极大值,而中波和甚长波器件处在不同的作用区域内,接受到的背景辐射对载流子浓度和器件有效寿命的影响不同,从而噪声变化表现不同.在此基础上,提出了"临界背景通量密度"的概念.     

激波矢量喷管二次流喷口形态影响研究

基于CFD数值模拟技术,考虑变比热容及温度对传热系数、黏性系数的影响,研究了不同二次流喷口几何构型(矩形及圆孔)在不同落压比、二次流压比等工况下,对激波矢量喷管内的三维流动特性及推力矢量性能的影响。研究表明:随着二次流压比增加,诱导激波角度增加,当诱导激波与上壁面相交时,推力矢量性能恶化;对于矩形喷口无量纲展向长度l1.0时,喷口前分离涡演变为马蹄涡,并在喷口下游诱导尾涡,SPR0.6时随喷口无量纲展向长度增大,推力矢量角度增加;对与多孔喷射模型,在压力缓解机理下,不同圆喷孔数量时,下壁面压力分布及壁面极限流线分布存在差异,然而圆喷孔数量对推力矢量角及推力系数的影响仍待进一步探明。     

带无源腔结构的单膨胀斜面喷管性能分析

在过膨胀状态下,研究了大膨胀比单膨胀斜面喷管(single expansion ramp nozzle,SERN)内部三维流场和性能及无源腔结构对SERN内部流场和性能的影响。结果表明,原型喷管在低落压比范围4~10内,二维模型所计算的轴向推力系数比三维带侧壁后体喷管构型偏大。无源腔结构的存在促进SERN上膨胀斜面流动的分离,影响SERN喷管上膨胀斜面压力分布,从而提高SERN的轴向推力系数。在相同的开孔率条件下,两种的孔板形式的无源腔结构对喷管性能影响基本相同。     

水下对转螺旋桨流致辐射噪声机理与预报方法*

水下对转螺旋桨流致辐射噪声的预报对于水下目标的特征提取和分类识别具有重要意义。由桨叶的旋转引起的湍流场是水下对转螺旋桨流致辐射噪声的源场。分述了水下对转螺旋桨湍流边界层脉动、旋转干涉效应和空化效应引发的水动力噪声机制和研究进展,比较了目前工程应用中的3种对转螺旋桨流致辐射噪声预报方法的特点。在分析对转螺旋桨流致辐射噪声数值预报难点的基础上,综述了对转螺旋桨流致辐射噪声计算方法的研究进展,指出间接数值模拟方法是工程中进行对转螺旋桨流致辐射噪声预报的有效方法。     

船舶典型结构损耗因子实验及应用

损耗因子是衡量系统阻尼特性并决定其振动能量耗散能力的重要参数,对船舶水下噪声预报分析具有重要影响。针对船舶结构特点,选取内底板、舱壁板和甲板等典型结构建立实验模型,基于瞬态衰减法,对船舶典型结构损耗因子进行测试,分析、掌握其特性规律。在此基础上,开展船舶典型结构损耗因子水下噪声预报应用研究,结果表明,损耗因子对船舶水下噪声预报具有较大影响,尤其高频段水下辐射噪声对损耗因子更为敏感,进行船舶水下噪声预报时需开展相关损耗因子测试。