水下航行体流激孔穴振动噪声研究
摘要
孔穴结构在船舶及水下航行体上大量存在且分布广泛，典型代表是流水孔结构。
开孔破坏了壳体表面流场的连续性，引发大尺度旋涡和显著的脉动压力波动现象，直
接影响流噪声和表面脉动载荷，进而增大了水下航行体的振动噪声水平，危害水下航
行体的隐蔽性和安全性。水下航行体流激孔穴振动噪声现象的产生涉及流体、结构、
声学等多物理场间的复杂耦合，形成机理复杂，影响因素众多。因此开展水下航行体
流激孔穴振动噪声特性研究对于掌握开孔对振动噪声的影响规律和提升水下航行体声
学性能具有重要意义。
首先，对流激孔穴振动噪声问题的国内外研究现状进行梳理，从孔穴流噪声机理、
流激孔穴振声特性研究和孔穴引发振动噪声问题的防护三方面开展，总结现有研究的
不足，确定本文研究方向及主要框架。依次介绍复杂多连通域流动方程、湍流模拟方
法、流激孔穴振动求解理论和声学类比理论，总结流激孔穴振声特性分析求解流程。
在重力水洞中开展水下航行体流激载荷及振动验证试验，并对文献中孔穴内部测点的
压力系数进行数值求解，验证流体-结构-声学联合数值仿真方法的有效性和可靠性，
对比结果表明该方法可应用到文章后续研究中。
其次，以标准的Suboff缩比模型为研究对象，探究上层建筑纵缝式开孔的水下航
行体流激振声特性。开展流体域离散策略的论证工作，使流场网格满足精准仿真需求。
在上述研究基础上，从模型湿模态、表面脉动载荷、壳体振动加速度、流噪声和流激
噪声入手，研究开孔水下航行体的流激振声特性，分析不同航速下开孔水下航行体的
流激孔穴振动噪声特性及水动力噪声主导分量，明确孔穴结构对水下航行体振动噪声
的影响。
最后，面向水下航行体减振降噪工程实际需求，开展水下航行体流激孔穴振动噪
声参数化研究并进行综合防护设计。从孔穴特征参数和水下航行体结构参数入手，依
次探究孔穴长度、孔颈深度、横向串联开孔方式、材料阻尼和局部加强设计对开孔水
下航行体流激振动噪声特性的影响。提出水下航行体流激孔穴振动噪声综合防护措施，
并论证其减振降噪效果，为工程中水下航行体减振降噪设计提供参考。
关键词：水下航行体；流水孔；水动力噪声；脉动载荷；流激振动
水下航行体流激孔穴振动噪声研究
Abstract
Cavitiesarewidelydistributedonshipsandunderwatervehicles,andwaterholeisa
typicalexample.Theholesdestroythecontinuityofflowfield,causelarge-scalevorticesand
significantpressurefluctuation,andthendirectlyaffecttheflownoiseandfluctuatingloadon
thesurface.Thesephenomenaincreasethevibrationandnoiselevelofunderwatervehicles,
andhaveabadeffectonunderwatervehiclesafety.Vibrationandnoiseofunderwatervehicle
inducedbyflow-excitedcavitybelongtoacomplexmulti-physicalfieldcouplingproblem,
whichinvolvesflow,structureandsound.Itsmechanismiscomplex,andtherearelotsof
influencingfactors.Therefore,tomakeclearinfluenceregularityandimproveacoustic
performance,itisnecessarytocarryoutresearchonvibrationandno