水下航行体表面柱群绕流噪声特性研究
摘要
当水下航行体处于潜望状态时，其控制台上方支出的潜望镜及桅杆天线等柱状物会
有部分处于水中，当水流流经此处时会发生绕流现象，产生卡门涡街以及流噪声，这极
大影响了水下航行体的隐蔽性。在实际中多数航行体表面潜望镜等为圆柱状，少有其它
形状。本文设置了轴比为1:2的椭圆柱，通过改变其数量与排列方式详细研究了其绕流
场和流噪声的变化，为潜望镜以及海上平台支柱等的优化提供了理论依据。
在实际工程中，由于柱体绕流常出现在高亚临界雷诺数下，故设置了本文流场工况
为高亚临界雷诺数，并利用二维模拟研究了椭圆柱与圆柱的绕流场和流噪声信息，发现
了椭圆柱漩涡脱落位置相较于圆柱有着明显的后移，且两者流噪声声场均呈现偶极子指
向性。
后续设置了多组不同间距比，利用二维模拟分析了串联双、三椭圆柱的绕流场和流
噪声信息。研究发现在本文流场工况下，双、三椭圆柱排列下每个柱体相较于单椭圆柱
承受更小的阻力，且随着间距比的逐渐增大，上游椭圆柱承受的阻力逐渐与单椭圆柱承
受的阻力相同。同时得到结论，在相邻的两个椭圆柱中，排列方式的改变不会影响流噪
声的主导因素。
最后设置了多组不同间距比，探究了三维串联双、三椭圆柱的绕流场和流噪声信息，
并与二维模拟结果进行了对比分析。研究表明：双、三椭圆柱升力方向的噪声受间距比
的影响较大，随间距比的增大均呈现先增大后减小再增大的趋势；在近场区域双、三椭
圆柱体的流噪声声场均呈现四极子指向性，在远场区，流噪声声场均变为具备偶极子指
向性，该声指向性规律为实际工程中的多椭圆柱排布提供了理论依据；在观察绕流状态、
估算涡脱频率等时，可以利用二维模拟替代三维模拟来减少计算时间。
关键词：绕流场；流噪声；亚临界雷诺数；椭圆柱；SSTk-ω；大涡模拟
水下航行体表面柱群绕流噪声特性研究
ABSTRACT
Theperiscope,mastantennaandothercolumnarobjectsabovetheconsolewillbepartially
inthewaterwhentheunderwatervehicleisintheperiscopestate.Whenwaterflowsthrough
thisarea,therewillbeaflowphenomenon,resultinginCarmenvortexstreetandflownoise.
Thesesituationsgreatlyaffecttheconcealmentofunderwatervehicles.Inpractice,the
periscopeonthesurfaceofmostvehiclesiscylindrical,andtherearefewothershapes.Inthis
article,anellipticalcylinderwithanaxialratioof1:2wassetup,anditschangesinflowand
soundfieldswerestudiedindetailbychangingitsnumberandarrangement.Itprovidesa
theoreticalbasisfortheoptimizationofperiscope.
Inpracticalengineering,theflowaroundacylinderoftenoccursathighsubcritical
Reynoldsnumber.Therefore,theflowfieldconditioninthispaperissetashighsubcritical
Reynoldsnumber,andtheflowfieldandflownoiseinformationaroundellipticalcy