[发明专利]一种抑制涡激励振动的带孔舵及其设计方法

说明书

本发明涉及一种抑制涡激励振动的带孔舵，在舵翼尾缘边缘沿流向和展向开设全通式压力孔，连通压力面和吸力面，开孔原则：a)开孔区域在尾缘前，在3/4翼弦长之后；b)开孔率(开孔总面积/翼表面积)不大于1％；c)开孔为多排、每排多孔的多孔形式；其设计方法：根据舵翼尺寸确定初步的开孔区域；计算舵翼表面积；根据开孔总面积不大于舵翼表面积的1％要求，确定开孔总面积限制值；根据开孔总面积，以开孔直径、排列数为变化参数设置多种开孔方案；根据优选方案，对比其尾缘附近流场涡量、压力分布及水动力噪声频谱特性，选择脱涡强度和噪声低的开孔方案。本发明降低了尾涡脱落强度，提高了涡脱频率，降低了低频噪声，开孔对舵翼操纵性影响较低。

技术领域

本发明属于舵翼水动力噪声控制技术领域，具体涉及一种抑制涡激励振动的带孔舵及其设计方法。

背景技术

水下航行器结构复杂，其流线型结构中较为明显的突出部位——舵翼结构，破坏了流场及压力场的连续性，产生水动力噪声。流体流经舵翼表面会产生流动分离，并在尾缘逆压梯度的作用下卷起形成尾涡并脱落，这一现象在舵翼来流攻角较大时尤为突出。尾涡除直接辐射噪声外，在其脱落的过程中还会激励舵翼，引起舵翼的振动声辐射，其幅值较大、频率较低，影响了水下航行器的声学性能。同时尾涡中心存在低压区，存在潜在的空化问题。一旦空化发生，舵翼的水动力和声学特性将会急剧恶化。因此如何降低尾缘附近的脱涡强度、抑制涡激励，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种抑制涡激励振动的带孔舵及其设计方法，从减小尾缘脱涡强度和改善舵翼声学特性的角度出发，在舵上设置开孔，利用开孔的均压作用，降低压力面与吸力面之间的压差，从而减小脱涡尺度和强度，改变脱涡频率，达到有效抑制涡激励振动和直接声辐射的目的。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种抑制涡激励振动的带孔舵，在舵翼尾缘边缘沿流向和展向开设全通式压力孔，连通压力面和吸力面，开孔原则如下：

a)开孔区域在尾缘前，在3/4翼弦长之后；

b)开孔率不大于1％，所述开孔率＝开孔总面积/翼表面积；

c)开孔为多排、每排多孔的多孔形式。

上述方案中，开孔形状为圆形。

上述方案中，开孔孔径大小为舵翼舷长的1％～2％。

上述方案中，开孔形式为直开孔。

上述方案中，所述压力孔在流向和展向均匀分布；。

上述方案中，展向边缘孔中心距离翼展边界不小于4倍孔径，展向孔间距为该距离的2倍。

上述方案中，流向边缘孔中心距离舵翼尾缘不小于4倍孔径，流向孔间距为该距离的1～2倍。

相应的，本发明还提出上述抑制涡激励振动的带孔舵的设计方法，包括以下步骤：

S1、根据具体的舵翼尺寸，以开孔设置在3/4翼弦长至尾缘之间为定位原则，确定初步的开孔区域；

S2、计算舵翼表面积，为弧长×宽；

S3、根据开孔总面积不大于舵翼表面积的1％要求，确定开孔总面积限制值；

S4、根据开孔总面积，以开孔直径、排列数为变化参数设置多种开孔方案_：孔径大小为舵翼舷长的1％～2％；展向边缘孔中心距离翼展边界不小于4倍孔径，展向孔间距为该距离的2倍；流向边缘孔中心距离舵翼尾缘不小于4倍孔径，流向孔间距为该距离的1～2倍；计算舵翼升阻比，所述升阻比为升力与阻力比值，依据升阻比不大于5％的原则，优选升力脉动小、升力损失少的几种开孔方案；