[发明专利]一种水下流激空腔噪声控制装置

说明书

本发明公开了一种水下流激空腔噪声控制装置，包括支架、驱动单元和分流体，所述支架安装在空腔体的上表面上，该空腔体的上表面具有与该空腔体的内腔连通的腔口；所述支架在对应于所述腔口的位置安装所述分流体，所述分流体包括直三棱柱和设置在所述直三棱柱上的伸出轴，至少其中一个底面上设置所述伸出轴；所述直三棱柱的三个侧面分别为迎着来流且面向该空腔体的分流面、背离来流的背流面和连接所述分流面和背流面的导流面；所述伸出轴与所述驱动单元连接，以用于带动所述直三棱柱绕所述伸出轴的轴线转动。本发明的分流体一方面抑制了腔口的边界层分离，另一方面减小了腔口剪切层速度梯度，有效抑制了腔口剪切层振荡，降低流激空腔噪声。

技术领域

本发明属于水动力噪声控制技术领域，更具体地，涉及一种水下流激空腔噪声控制装置。

背景技术

空腔广泛存在于水下航行体的开孔部位，当航行体表面湍流边界层流经这些开孔时，在孔口(腔口)形成湍流剪切层，剪切层与腔口导边、随边以及空腔内流体的相互作用，会在腔口形成较为剧烈的自持振荡，引起较大的速度和压力脉动，并辐射强烈的线谱噪声，即空腔噪声，严重影响水下航行体的隐蔽性。

空腔噪声的机理非常复杂，一般来说，典型的空腔噪声包括以下机理特征：湍流边界层在腔口导边分离并在腔口形成具有振荡特性的剪切流动，剪切层到达腔口随边时，与随边发生碰撞并产生压力脉动，压力脉动向上游传播至导边又进一步影响了导边的边界层分离，当压力脉动的反馈相位与边界层分离相位吻合时，剪切层扰动形成一个闭合的声反馈环，即产生腔口剪切层自持振荡，自持振荡还会与空腔声模态、空腔弹性结构模态发生多种形式的耦合共振，从而辐射强烈的线谱噪声。Willam Blake在其专著《Mechanics ofFlow-Induced Noise》指出：抑制空腔噪声最有效的方法是降低或消除腔口剪切层的发展，其次是破坏或阻挡声反馈环的形成(Blake W K.Mechanics of Flow Induced Sound andVibration[M].Academic Press,1986:130-218.)。过去对于水下流激空腔噪声的控制，主要还是采用改变腔口形状、安装格栅等措施，控制效果并不明显，其主要原因还是这些控制措施并没有减弱剪切层的发展或破坏腔口声反馈环。

在气动噪声控制领域，美国专利《Aircraft Cavity Acoustic ResonanceSuppression System》(US005699981)提出了一种在空腔导边上方垂直于来流方向布置圆柱体的空腔噪声抑制方式，通过圆柱绕流产生的大量脱落涡与腔口剪切层涡碰撞，耗散剪切层湍动能，从而减弱剪切层的发展，抑制空腔噪声。文献(Rona A.Control of transoniccavity flow instability by streamwise air injection[C]//42nd AIAA AerospaceSciences Meeting and Exhibit.2004:682.)介绍了一种在空腔导边下方主动注入流体的空腔噪声抑制方式，通过注入外界流体，可以减小腔口流动的速度梯度，减缓剪切层的发展，进而降低空腔噪声。

以上两类应用于空气中的空腔噪声控制装置可以为水中空腔噪声控制所借鉴，但在低自噪声、高适用性和易于安装使用等方面仍有需要改善的地方。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种低自噪声、高适用性和易于安装使用的水下流激空腔噪声控制装置，其可显著降低水下航行体开孔部位流激空腔噪声。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水下流激空腔噪声控制装置，其特征在于，包括支架、驱动单元和分流体，其中，

所述支架安装在空腔体的上表面上，该空腔体的上表面具有与该空腔体的内腔连通的腔口，所述支架内部密封安装所述驱动单元；