[发明专利]一种舰艇壳体的流噪声预测方法

说明书

本公开揭示了一种舰艇壳体的流噪声预测方法，包括：构造舰艇的流体计算域模型；构造舰艇的浸入边界模型；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；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；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。

技术领域

本公开属于声学仿真技术领域，特别涉及一种舰艇壳体的流噪声预测方法。

背景技术

舰艇隐身性能是其生存能力和战斗力的关键特征，也是各国提升海上军事威慑力的关键技术。然而，在浩瀚的海水介质中，声场是唯一能够远距离传递信息的物理场。因此，舰艇水下辐射噪声是其隐身性能的核心指标。为了降低舰艇水下辐射噪声水平，在设计阶段常用缩比试制的方法测试该指标的大小。但是缩比试制方法不仅耗费大量的人力物力，而且受到尺度效应和实验环境的影响。由于数值仿真具备适应性强、不受环境影响、耗费小、周期短等优势，逐渐成为设计阶段的主要分析手段。但是传统舰艇流噪声预测方法计算量大，贴体网格划分困难，并且未考虑流-固-声耦合效应的影响，不能精确有效地预测舰艇壳体的流噪声大小。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种舰艇壳体的流噪声预测方法，通过考虑流-固耦合对于固体边界和流体产生的影响，能够更精确地计算流噪声的大小。

为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

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；

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。

优选的，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dx、dy和dz在内的参数构造舰艇的流体计算域模型。

优选的，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)。

优选的，步骤S300包括如下步骤：

S301：根据舰艇的浸入边界附近的流体速度，计算流体对浸入边界的作用力大小；

S302：根据流体对浸入边界的作用力大小，获得浸入边界的变形量大小，通过计算浸入边界的变形量大小，获得浸入边界的流-固耦合作用力大小；

S303：将所述浸入边界的流-固耦合作用力引入流体控制方程中，获得流-固耦合作用下的流体速度和流体压力；