[发明专利]一种舰艇壳体的流噪声预测方法

权利要求书

1.一种舰艇壳体的流噪声预测方法，包括如下步骤：

S100：构造舰艇的流体计算域模型；

S200：构造舰艇的浸入边界模型；

S300：根据舰艇的流体计算域模型和浸入边界模型对舰艇进行流-固耦合分析，获得舰艇在流-固耦合作用下的流体场和固体场变化；

S400：基于舰艇在流-固耦合作用下的流体场和固体场变化，获得舰艇的平均流体速度和压力变量，并通过引入声学摄动方程和每一时刻下的流体压力波动，构造流-固-声耦合分析模型；

步骤S400包括如下步骤：

S401：计算流-固耦合稳定状态下的平均速度场和平均压力场；

所述流-固耦合稳定状态下的平均速度场和平均压力场通过下式计算：

其中，i为n与m之间的取值，n为流体稳定出现漩涡脱落后的时间步长数，m为流体稳定漩涡脱落一定时间后的时间步长数，x为流体网格坐标，Δt为时间步长的大小，为平均速度场，包含和为平均压力场，当时间步长为t≥nΔt时，流-固耦合分析结果为稳定计算结果；

S402：依据声学摄动方程及所述平均速度场和平均压力场，构造流-固-声耦合分析模型；

所述流-固-声耦合分析模型表示为：

且

其中，为在x、y、z方向上的流体平均速度分量向量矩阵，为流体网格上的平均压力，即的简写，是平均流体密度，为流体的平均声速，由于水流默认为不可压缩流体，因此和c_f为流体中的声速大小；

S403：基于流-固-声耦合分析模型，设置计算域和舰艇边界内部区域的边界吸收层，以构造无反射边界条件的流-固-声耦合分析模型；

所述无反射边界条件的流-固-声耦合分析模型表示为：

其中，和为y和z方向上的辅助变量矩阵，σ_x、σ_y、σ_z为笛卡尔坐标系三维方向上的吸收系数，x、y、z表示流体网格的坐标值，t表示时间变量；

S404：针对无反射边界条件的流-固-声耦合分析模型，在每一个时间步长的声学计算中，通过添加舰艇边界处的声压和声波速度边界条件，以保证每一时间步长内声学计算结果的准确性；

所添加的舰艇边界处的声压和声波速度边界条件表示为：

U^a(s，t)·n＝0

其中，n＝(n_x n_y n_z)^T为边界处的单位法向量，上述边界条件表明声压法向梯度为零，声波速度法向分量为零；

S500：计算每一时间步长下，舰艇壳体在流-固耦合作用下的压力变化，从而获得每一时刻的流噪声声源，将流噪声声源引入所述流-固-声耦合分析模型中，实现流噪声的时域预测。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤S100中，通过设置至少包括流体网格位置x，流体速度u(x，t)、流体质量密度ρ_f、流体粘性系数μ、流体计算域的大小L_x、L_y和L_z以及流体欧拉网格间距d_x、d_y和d_z在内的参数构造舰艇的流体计算域模型。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤S200中，所述舰艇的浸入边界模型包括浸入边界位置矩阵X(t)、浸入边界速度矩阵U_e(s，t)和浸入边界离散点处的刚度矩阵K(s，t)。