噪聲分析軟件Actran拖曳聲納流噪聲影響分析

拖曳式線列陣聲納在水下反潛戰(zhàn)中發(fā)揮著重要作用。拖曳陣工作時(shí),由于拖纜和海水間的相對運(yùn)動(dòng),在拖纜護(hù)套的外表面附近存在海水介質(zhì)微團(tuán)的湍流脈動(dòng),由此激發(fā)出水動(dòng)力噪聲,稱之為流致噪聲。流致噪聲的強(qiáng)度是影響拖曳式聲納實(shí)際工作性能的重要因素:高速拖曳狀態(tài)時(shí),流噪聲的強(qiáng)度有時(shí)遠(yuǎn)大于環(huán)境噪聲,目標(biāo)的質(zhì)點(diǎn)振速信息將被完全淹沒在流噪聲中。

拖纜在海水中拖曳時(shí),海水和拖纜間的相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的流噪聲按其機(jī)理,可分為兩種:一種是拖纜外表面處湍流邊界層中的脈動(dòng)壓力,主要由湍流的微尺度運(yùn)動(dòng)及表面的渦脫落產(chǎn)生。共有兩種作用模式:1)透過護(hù)套,傳遞到內(nèi)部流體;2)護(hù)套的耦合激勵(lì),產(chǎn)生再輻射噪聲。另一種是由拖船尾流、渦流等不穩(wěn)定性所引起的拖纜和尾纜的振動(dòng),這兩種振動(dòng)即使經(jīng)過隔震模塊衰減,仍可引起線陣的振動(dòng),并由此可產(chǎn)生三種傳播形式的波:1)在液體介質(zhì)中傳播的縱波;2)在護(hù)套殼內(nèi)傳播的剪切波;3)結(jié)構(gòu)共振模態(tài)產(chǎn)生的再輻射聲波。

本次分析僅考慮第一種機(jī)理產(chǎn)生的噪聲影響。

一、研究對象

1)拖曳聲納管道以水平方向拖動(dòng),管道外是水,管內(nèi)是油,水聽器放置在管道中;

2)本次計(jì)算忽略水聽器,僅求解外部湍流邊界層脈動(dòng)壓力作用于管壁以及管內(nèi)的聲場分布;

3)管道直徑0.066米,壁厚0.002米,以7米/秒的速度沿軸向拖動(dòng);

4)管壁材料參數(shù):楊氏模量5.35E10帕,阻尼0.1,泊松比0.35,密度1180千克/米3;

5)管內(nèi)流體:桐油密度933千克/米3,聲速1450米/秒。

二、分析步驟

表面壓力:

1)0.2026s時(shí)刻表面壓力

2)0.2295s時(shí)刻表面壓力

3)1000Hz表面壓力

4)2000Hz表面壓力

步驟3. ACTRAN拖曳聲納流致噪聲影響計(jì)算

ACTRAN模型說明:截去管道兩頭部分,取中間一段管道計(jì)算,L1=0.5米。

ACTRAN流致噪聲影響計(jì)算:

場點(diǎn):建立四個(gè)場點(diǎn):point1 [0.5,0,0]、 point2 [0.5,0.1,0]、point3 [0.5,0.2,0]、 point4 [0.5,0.3,0]

三、位移云圖

四、聲壓云圖

五、場點(diǎn)聲壓級頻譜曲線

六、場點(diǎn)聲壓級比較

七、總結(jié)

1、本次分析包含CFD計(jì)算與CAA計(jì)算:

CFD計(jì)算使用Fluent軟件 非定常計(jì)算使用大渦模擬模型;0.0001秒間隔,從0.2026s時(shí)刻開始連續(xù)提取270個(gè)時(shí)間步。

CAA計(jì)算使用ACTRAN軟件 ICFD提取表面脈動(dòng)壓力并進(jìn)行時(shí)頻轉(zhuǎn)換;ACTRAN計(jì)算流致噪聲影響。

2、本次分析值得改進(jìn)的地方:

1)非定常計(jì)算時(shí)間不夠長,流場計(jì)算尚未穩(wěn)定;

2)保存的時(shí)間步不夠多,轉(zhuǎn)換后的頻率步長較大;

3)本次分析僅作為該類型問題的演示算例,激勵(lì)方式與邊界處理方法值得進(jìn)一步研究。

八、未來的工作

1、壁面脈動(dòng)壓力采樣方式比較 Integration積分法 vs Sampling 采樣法;

2、脈動(dòng)壓力求解方法比較 CFD技術(shù)與ACTRAN中的TBL(湍流邊界層)激勵(lì)模型比較。