一种降低水下排气噪声喷管的设计方法及收缩式波瓣喷管

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1.本发明涉及水下排气技术领域，尤其涉及一种降低水下排气噪声喷管的设计方法及收缩式波瓣喷管。

背景技术：

2.水下排气过程广泛存在于水下航行过程中，该过程往往会产生较强的排气噪声，随着水下装备的不断发展，对噪声控制的要求也越来越高，如何降低水下噪声成为急需解决的问题。在现有的技术途径中，降低水下装备排气噪声的方法主要是一种水下排气降噪装置，但是类似的水下降噪装置往往体积较大，结构复杂，造价较高，实际应用范围受限。如图14为现有水下排气降噪装置爆炸图。
3.在现有的公开报道中，降低水下装备排气噪声的主要方法是在排气管内安装消声结构。由于排气管内主要是单相的气体流动，因此在消声结构的设计上可以借鉴单相排气消声器的设计理论。然而，水下装备的排气过程属于浸没式排气。浸没式排气噪声包含了排气管路内的上游噪声(单相排气噪声)和排气管外的下游噪声(气泡噪声和边界噪声)。排气管路内的消声结构可以有效抑制上游噪声，但难以作用于管外的下游噪声。而下游噪声恰恰又是幅值最强的部分，不采取针对性措施对下游噪声进行抑制，总声压级仍然难以降低。因此申请人提出一种降低水下排气噪声喷管的设计方法及收缩式波瓣喷管。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明一方面的目的在于提出一种降低水下排气噪声喷管的设计方法，通过数值模拟和实验的手段对管口流动、管内压力脉动以及排气噪声的影响进行分析；在此基础上，对波瓣喷管的降噪机理进行分析，设计出一种降低水下排气噪声喷管，为水下装备排气降噪的工程设计提供参考。本发明另一方面的目的在于提出一种收缩式波瓣喷管，能够增强流动的连续性，缓解颈缩现象导致的压力骤升，在中低频段具有良好的降噪作用，对10-4600hz的总声压级具有3.3－8.6db的降噪效果。
5.根据本发明的一个方面，提供一种降低水下排气噪声喷管的设计方法，通过数值模拟和实验的手段对管口流动、管内压力脉动以及排气噪声的影响进行分析；在此基础上，对波瓣喷管的降噪机理进行分析，设计出一种降低水下排气噪声喷管，为水下装备排气降噪的工程设计提供参考。所述喷管包括波瓣喷管段及收缩段；所述方法包括：
6.波瓣喷管段及收缩段参数选择；
7.依据所述波瓣喷管段及收缩段参数，建立波瓣喷管结构物理模型；
8.依据所述波瓣喷管结构物理模型，建立物理学假设并仿真；
9.依据所述仿真结果，确定最终喷管参数。
10.根据本发明的另一个方面，又提供一种收缩式波瓣喷管；所述波瓣喷管包括波瓣段和收缩段；
11.所述波瓣段为圆柱状，波瓣段一端向外扩散形成若干波瓣，波瓣段另一端与收缩
段连接；
12.所述收缩段为扩散管状，不与波瓣段连接的一端向外扩散形成喇叭状；
13.所述波瓣段和收缩段组合形成拉瓦尔喷管状的喷管。
14.本发明的有益效果集中体现在如下两个方面：
15.(1)水下装备的排气过程属于浸没式排气。浸没式排气噪声包含了排气管路内的上游噪声(单相排气噪声)和排气管外的下游噪声(气泡噪声和边界噪声)。排气管路内的消声结构可以有效抑制上游噪声，但难以作用于管外的下游噪声。而下游噪声恰恰又是幅值最强的部分，不采取针对性措施对下游噪声进行抑制，总声压级仍然难以降低。下游噪声与管口附近的流动状态息息相关。基于对下游噪声的控制，提出一种降低水下排气噪声喷管设计方法，通过数值模拟和实验的手段对管口流动、管内压力脉动以及排气噪声的影响进行分析。在此基础上，对波瓣喷管的降噪机理进行分析，设计出一种降低水下排气噪声喷管，为水下装备排气降噪的工程设计提供参考。
16.(2)波瓣喷管能够增强流动的连续性，缓解颈缩现象导致的压力骤升，在中低频段具有良好的降噪作用，对10-4600hz的总声压级具有3.3－8.6db的降噪效果。波瓣喷管改善了管口气速分布，在射流中成形成了局部高速区，从而增强了射流穿透力；喷管的扩散区域能够诱导主次流体在径向上发生对向流动，从而强化了管口附近的气液掺混，提高了射流穿透力；进一步的颈缩现象得到了缓解，与其相关的压力脉动和低频噪声得到了有效抑制；增大的相接触面积使边界气速衰减加快，从而有效降低了主要分布在中频段的边界噪声。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例的流程示意图；图2是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例的喷管示意图；图3是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中s100的具体流程示意图；图4是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中各类参数示意图；图5是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中各类参数示意图；图6是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例进一步展开的流程示意图；图7是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中收缩段收缩曲线的形状；图8是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中收缩段收缩曲线在y0截面处速度分布；图9是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中收缩段收缩曲线在y1截面处速度分布；
图10是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中收缩段收缩曲线在y2截面处速度分布；图11是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中收缩段收缩曲线在y3截面处速度分布；图12是本发明收缩式波瓣喷管一实施例的装置示意图；图13是本发明收缩式波瓣喷管一实施例的装置示意图；图14是现有水下排气降噪装置爆炸示意图。
[0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030]
具体实施方式
[0031]
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]
本发明一方面的目的在于提出一种降低水下排气噪声喷管的设计方法，通过数值模拟和实验的手段对管口流动、管内压力脉动以及排气噪声的影响进行分析；在此基础上，对波瓣喷管的降噪机理进行分析，设计出一种降低水下排气噪声喷管，为水下装备排气降噪的工程设计提供参考。排气管口的结构变化会造成出口气速分布、剪切层交界面面积以及涡流结构等发生改变。本质上来说，管口结构的变化调节了射流主体与环境流体间的相互作用，从而使射流的流场与声场发生了改变。波瓣喷管是一种带有波瓣型尾缘的喷管结构，这种特殊的几何形状通过强化射流主体与环境流体的掺混达到降噪的目的。其强化掺混机制主要有以下几个方面：
[0033]
(1)在自由剪切层由kelvin-helmholtz不稳定性引发的展向涡，能够卷吸环境流体；
[0034]
(2)由波瓣型的出口结构诱发的流向涡，能够破坏剪切层的大尺度相干结构，形成大量小尺度湍流涡掺混主次流体；
[0035]
(3)复杂的后缘曲线使波瓣喷管的出口边长远大于同等截面巧下的圆喷管边长，这增加了主次流动间的剪切作用面积，从而促进了掺混。相关实验研究表明，在多种机制的共同作用下，波瓣喷管能够取得良好的强化掺混效果，对射流噪声有明显的抑制作用。
[0036]
本发明另一方面的目的在于提出一种收缩式波瓣喷管，能够增强流动的连续性，缓解颈缩现象导致的压力骤升，在中低频段具有良好的降噪作用，对 10-4600hz的总声压级具有3.3－8.6db的降噪效果。
[0037]
请参见图1、图2，图1是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例的流程示意图。图2是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例的喷管示意图；如图2所示，所述喷管包括波瓣喷管段1及收缩段2；需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图1所示的流程顺序为限。
[0038]
如图1所示，该方法包括如下步骤：
[0039]
所述方法包括：
[0040]
s110：波瓣喷管段及收缩段参数选择；请参见图3，图3是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中s100的具体流程示意图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图3所示的流程顺序为限。如图 3所示，s110具体包括如下步骤：
[0041]
s111确定波瓣喷管段参数及收缩段参数；
[0042]
s112基于确定的参数，确定波瓣喷管段长度及收缩段长度。
[0043]
进一步的，请参阅图4、图5，图4、图5是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中各类参数示意图；所述波瓣喷管参数包括喷管长度l2、喷管直径r1、波瓣个数、波瓣宽度l1、波瓣高度h、外扩张角α、内扩张角β；
[0044]
所述收缩段参数包括收缩段长度l3、入口直径r1、出口直径r2。
[0045]
s120：依据所述波瓣喷管段及收缩段参数，建立波瓣喷管结构物理模型；所建立的物理模型请参阅图6，物理模型的具体设计如下：
[0046]
波瓣喷管段的主要设计参数有波瓣数，波瓣宽度，波瓣高度和内外扩张角度等。一般而言，在设计条件允许的情况下，增加波瓣数、减小波瓣宽度、增大波瓣高宽比、增大扩张总角等措施能够提高波瓣喷管的性能。
[0047]
基于上述原则，以喷管直径r1＝20mm的圆截面喷管为基础，在其管口处设计了一种波瓣结构。该结构由八个波瓣构成，每个波瓣的宽度和高度分别为4 mm和10mm，内外扩张角均采用15
°
。
[0048]
环境流体域为直径600mm，高1000mm的圆柱体，圆柱体的底面圆心为坐标原点，重力方向沿z轴向下。环境流体由深660mm的水和高340mm的空气区域组成，形成了带有自由液面的浸没式排气环境。其中，空气区域对水面溅射的液体起到了缓冲作用，使大部分液体在到达上边界前会回落，维持了液面高度的相对稳定。喷管位于模型底部，管长60mm，壁厚2mm，管口平面与水面相距600mm。气体流经喷管竖直向上排入液体环境，形成了浸没式射流。需注意的是，上述物理模型的环境参数设置可根据不同使用环境进行设计，不以上述环境参数作为唯一设置。上述环境参数设置仅为更清楚明了的解释本发明的实施方式。
[0049]
s130：依据所述波瓣喷管结构物理模型，建立物理学假设并仿真；波瓣喷管复杂的空间曲面使管口附近流场具有丰富的三维结构。因此波瓣喷管的浸没式排气过程是三维的气液两相流问题。为简化计算，作出下假设：
[0050]
(1)浸没式排气的主流部分是自由剪切流，且距固体边界较远，因此可以忽略壁面对流动的影响；
[0051]
(2)气相介质为空气，液相介质为水，两相温度均取实验条件下的室温15 ℃，因此
可忽略气液相间的传质传热；
[0052]
(3)喷管的入口流速为53m/s(对应d＝20mm，q＝60m3/h)，相应的马赫数为 0.16，在该条件下气体的可压缩性可以忽略不计。
[0053]
需注意的是，上述物理模型假设可根据不同使用环境进行建立，不以上述假设作为唯一假设建立方式。上述假设设置仅为更清楚明了的解释本发明的实施方式。
[0054]
基于上述设置的环境参数及假设进行仿真，经过仿真发现，波瓣喷管能够增强流动的连续性，缓解颈缩现象导致的压力骤升，在中低频段具有良好的降噪作用，对10-4600hz的总声压级具有3.3－8.6db的降噪效果。波瓣喷管产生上述作用的原因在于：
[0055]
(1)改善了管口气速分布，在射流中成形成了局部高速区，从而增强了射流穿透力；
[0056]
(2)波峰与波谷能够诱导主次流体在径向上发生对向流动，从而强化了管口附近的气液掺混，进一步提高了射流穿透力；
[0057]
(3)在前两点的共同作用下，颈缩现象得到了缓解，与其相关的压力脉动和低频噪声得到了有效抑制；
[0058]
(4)增大的相接触面积使边界气速衰减加快，从而有效降低了主要分布在中频段的边界噪声。
[0059]
s140：依据所述仿真结果，确定最终喷管参数。基于上述仿真结果获得波瓣喷管段及收缩段的规划如下：
[0060]
表1设计规划表
[0061][0062]
需要进一步说明的是，上述最终优化的结果在不同使用环境下可能不同，需要以具体的使用环境下进行改进，上述实施例仅仅为更清楚明了的解释本发明的实施方式。
[0063]
这样设置的好处在于：水下装备的排气过程属于浸没式排气。浸没式排气噪声包含了排气管路内的上游噪声(单相排气噪声)和排气管外的下游噪声(气泡噪声和边界噪声)。排气管路内的消声结构可以有效抑制上游噪声，但难以作用于管外的下游噪声。而下游噪声恰恰又是幅值最强的部分，不采取针对性措施对下游噪声进行抑制，总声压级仍然难以降低。下游噪声与管口附近的流动状态息息相关。基于对下游噪声的控制，提出一种
降低水下排气噪声喷管设计方法，通过数值模拟和实验的手段对管口流动、管内压力脉动以及排气噪声的影响进行分析。在此基础上，对波瓣喷管的降噪机理进行分析，设计出一种降低水下排气噪声喷管，为水下装备排气降噪的工程设计提供参考。
[0064]
请参见图6，图6是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例进一步展开的流程示意图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图6所示的流程顺序为限。如图6所示，该方法包括如下步骤：
[0065]
所述方法包括：
[0066]
s210：波瓣喷管段及收缩段参数选择；可如上s110所述，此处不再赘述；
[0067]
s220：基于收缩段参数仿真确定最佳收缩曲线；
[0068]
收缩段是该收缩式波瓣喷管的重要部分，它的主要作用是提高流动品质，即改善流场的均匀性，稳定性及降低湍流度。
[0069]
随着计算流体力学的发展，收缩段的研究转变为根据真实条件对收缩段进行优化设计，这方面也已经有了不少研究。关于收缩曲线，由于该收缩式波瓣喷管跟低速风洞设计上的近似，本发明在其设计上借鉴了低速风洞的一些经验。国内风洞设计中多推荐采用witozinsky曲线，即维氏曲线；近年来美国风洞设计常采用五次方程；林超强、苏耀西、洪流等对采用双三次曲线的矩形风洞设计进行了研究给出了流动的三元性质对壁面逆压梯度和出口速度均匀性影响的数值结果。因此s220：基于收缩段参数仿真确定最佳收缩曲线使用如下两个部分进行：
[0070]
1.收缩曲线
[0071]
根据水洞的设计要求，选择三种类型的收缩曲线进行数值计算比较
[0072]
(1)witozinsky曲线(简称维氏曲线)。国内风洞设计讲义多推荐采用，方程为
[0073][0074]
也可以为
[0075][0076]
(2)五次曲线近年美国风洞设计常采用，方程为
[0077][0078]
也可以为
[0079]
d＝[1-10(l/l)3+15(l/l)
4-6(l/l)5]
·
(d
1-d2)+d2[0080]
(3)双三次曲线，方程为
[0081][0082]
也可以为
[0083][0084]
式中d1为入口直径r1，d2出口直径r2，l为收缩段长度l3，l为沿着l上的变量，d为收缩段上的某截面的尺寸，m为收缩比，lm为双三次曲线中前后两段的长度比例，改变lm的值，选取了一组双三次曲线，lm的取值分别0.1， 0.3，0.5，0.6，0.7，0.9。
[0085]
请参阅图7，图7是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中收缩段收缩曲线的形状。图7给出了以上三种类型曲线的形状。假设收缩段进口处坐标为a(x1,y1,z1)，出口处坐标为b(x1,y1,z1)，要连成上述三种类型的曲线，根据插值定理。可知曲线的方程为：
[0086][0087]
2收缩段的仿真计算与分析
[0088]
对图7给出的三种类型共八条曲线所构造的收缩段进行了数值模拟分析，给出的结果为圆形工作段不同截面的速度分布图。所有数值经过归一化处理，横轴为位置r与圆截面半径r的比值，纵轴为所测速度u与u*的比值，u* 为根据进口给定流量所计算的平均速度，u＝7.5571m/s,平均速度在图中显示为 u/u*＝1的一条直线。
[0089]
采用不同的曲线会影响速度分布的均匀性。维氏曲线和双三次曲线(xm为 0.1，0.3)前段收缩急剧，后段则很平缓；五次曲线和双三次曲线(xm为0.5， 0.6)则变化趋势比较均匀平缓，其中五次曲线和双三次曲线(xm为0.5)为对称曲线，双三次曲线(xm为0.7，0.9)则为前段收缩平缓，后段则很急，这直接影响了进口截面y0处的速度均匀性。
[0090]
根据质量守恒定律，各种曲线与横轴的积分面积都应该等于u/u*＝1关于横轴的积分面积，所以采用各曲线设计的速度分布应该选取接近u/u*＝1这一直线，并且变化均
匀平稳的。请参阅图8，图8是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中收缩段收缩曲线在y0截面处速度分布。从图8中分析看出，采用维氏曲线设计的速度分布的均匀性最好,并且在速度为0.99的位置时最靠近壁面，也就是说采用维氏设计的速度边界层厚度最薄。
[0091]
请参阅图9-图11，图9-图11是本发明降低水下排气噪声喷管的设计方法一实施例中收缩段收缩曲线在y1/y2/y3截面处速度分布。与进口y0处的速度分布有所不同，在经过了一小段的稳定流动后，大部分曲线的速度在选取的截面上都趋于平稳均匀。
[0092]
表3速度边界层所占的相对面积
[0093][0094]
表4u max与u*的比值
[0095][0096]
表3给出的是采用不同曲线设计在各个截面上速度边界层所占的相对面积 (小于0.99倍u*的速度所占面积与截面面积的比值)；表4给出了最大速度umax与u*的比值。上述方案给出了三种曲线的仿真结果，依据不同的使用环境及不同的参数可以针对性的选用合适的曲线。
[0097]
s230：依据所述波瓣喷管段及收缩段参数，建立波瓣喷管结构物理模型；可如上s120所述，此处不再赘述；
[0098]
s240：依据所述波瓣喷管结构物理模型，建立物理学假设并仿真；可如上 s130所述，此处不再赘述；
[0099]
s250：依据所述仿真结果，确定最终喷管参数。可如上s140所述，此处不再赘述；
[0100]
所述
[0101]
本发明一方面的目的在于提出一种收缩式波瓣喷管，能够增强流动的连续性，缓解颈缩现象导致的压力骤升，在中低频段具有良好的降噪作用，对 10-4600hz的总声压级具有3.3－8.6db的降噪效果。
[0102]
请参见图12、图13，图11、图12是本发明收缩式波瓣喷管一实施例的装置示意图。所述波瓣喷管包括波瓣段2和收缩段1；
[0103]
所述波瓣段2为圆柱状，波瓣段2一端向外扩散形成若干波瓣21，波瓣段 2另一端与收缩段1连接；
[0104]
所述收缩段1为扩散管状，不与波瓣段2连接的一端11向外扩散形成喇叭状；
[0105]
所述波瓣段2和收缩段1组合形成拉瓦尔喷管状的喷管。
[0106]
这样设置的好处在于，能够增强流动的连续性，缓解颈缩现象导致的压力骤升，在中低频段具有良好的降噪作用，对10-4600hz的总声压级具有3.3－ 8.6db的降噪效果。
[0107]
进一步的，所述波瓣段2波瓣21个数为偶数个；
[0108]
所述波瓣21的分布包括均布式；
[0109]
所述波瓣21的扩张角为15
°
。
[0110]
所述收缩段1喇叭状一端11为出口端；
[0111]
所述收缩段1与波瓣段2一端为入口端；
[0112]
所述出口端的直径为入口端直径的1.5倍。
[0113]
这样设置的好处在于，让波瓣喷管可以增强射流的穿透力，使轴向流动更为通畅，经过仿真验证，其对中低频噪声有良好的降噪效果。
[0114]
进一步的，所述波瓣21高度及波瓣宽度比可选3或3.21；
[0115]
这样设置的好处在于，在涡轮发动机设计中，当涵道比不变时，在波瓣高宽比为2到4.5的变化范围内，在排气系统出口处，混合效率随波瓣高宽比的增加呈现出增大－减小－增大的趋势，其中波瓣高宽比为3和3.21分别为曲线的两个拐点.而随着波瓣高宽比的增加，总压恢复系数、推力系数均不断减小。借鉴此规律，可以应用到我们的降低水下排气噪声的波瓣喷管中。所以可以先选定高度或者宽度，从而根据高宽比来确定另一个参数。
[0116]
进一步的，所述收缩段1喇叭状一端11为出口端；
[0117]
所述收缩段与波瓣段一端为入口端；
[0118]
所述出口端的直径为入口端直径的1-2倍。
[0119]
进一步的，所述收缩段1向外扩散幅度通过收缩曲线确认；
[0120]
所述收缩曲线采用维氏曲线；曲线的仿真及分析请参考上一实施例所述方法。此处对采用维氏曲线理由进行说明。
[0121]
根据质量守恒定律，各种曲线与横轴的积分面积都应该等于u/u*＝1关于横轴的积分面积，所以采用各曲线设计的速度分布应该选取接近u/u*＝1这一直线，并且变化均匀平稳的。从图8中分析看出，采用维氏曲线设计的速度分布的均匀性最好,并且在速度为0.99的位置时最靠近壁面，也就是说采用维氏设计的速度边界层厚度最薄。图9至图11为截取了圆管工作段三个不同位置 y1,y2和y3处的速度分布图，与进口y0处的速度分布有所不同，在经过了一小段的稳定流动后，大部分曲线的速度在选取的截面上都趋于平稳均匀,除了采用双三次曲线(xm为0.9)的结果不能令人满意外，其它的曲线的结果都是可以接受的。表3给出的是采用不同曲线设计在各个截面上速度边界层所占的相对面积(小于0.99倍u*的速度所占面积与截面面积的比值)；表4给出了最大速度u max与u*的比值。通过比较可知，采用维氏曲线设计在所有截面上这两个数值都是最小的，即速度分布最为均匀，因此选择维氏曲线作为收缩段的设计曲线。在设计收缩段时，为了减少收缩曲线对工作段速度均匀性的影响，应该避免选取那些前段收缩平缓,后段则很急剧的设计曲线。因此在本实施例中收缩曲线采用维氏曲线。
[0122]
进一步的，所述波瓣段与所述收缩段连接处设有整流器；
[0123]
所述整流器包括蜂窝、导流片。
[0124]
本发明的有益效果集中体现在如下两个方面：
[0125]
(1)水下装备的排气过程属于浸没式排气。浸没式排气噪声包含了排气管路内的上游噪声(单相排气噪声)和排气管外的下游噪声(气泡噪声和边界噪声)。排气管路内的消声结构可以有效抑制上游噪声，但难以作用于管外的下游噪声。而下游噪声恰恰又是幅
值最强的部分，不采取针对性措施对下游噪声进行抑制，总声压级仍然难以降低。下游噪声与管口附近的流动状态息息相关。基于对下游噪声的控制，提出一种降低水下排气噪声喷管设计方法，通过数值模拟和实验的手段对管口流动、管内压力脉动以及排气噪声的影响进行分析。在此基础上，对波瓣喷管的降噪机理进行分析，设计出一种降低水下排气噪声喷管，为水下装备排气降噪的工程设计提供参考。
[0126]
(2)波瓣喷管能够增强流动的连续性，缓解颈缩现象导致的压力骤升，在中低频段具有良好的降噪作用，对10-4600hz的总声压级具有3.3－8.6db的降噪效果。波瓣喷管改善了管口气速分布，在射流中成形成了局部高速区，从而增强了射流穿透力；喷管的扩散区域能够诱导主次流体在径向上发生对向流动，从而强化了管口附近的气液掺混，提高了射流穿透力；进一步的颈缩现象得到了缓解，与其相关的压力脉动和低频噪声得到了有效抑制；增大的相接触面积使边界气速衰减加快，从而有效降低了主要分布在中频段的边界噪声。
[0127]
以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种降低水下排气噪声喷管的设计方法，其特征在于，所述方法包括：波瓣喷管段及收缩段参数选择；依据所述波瓣喷管段及收缩段参数，建立波瓣喷管结构物理模型；依据所述波瓣喷管结构物理模型，建立物理学假设并仿真；依据所述仿真结果，确定最终喷管参数。2.如权利要求1所述的一种降低水下排气噪声喷管的设计方法，其特征在于，所述波瓣喷管段及收缩段参数选择包括如下步骤：确定波瓣喷管段参数及收缩段参数；基于确定的参数，确定波瓣喷管段长度及收缩段长度。3.如权利要求2所述的一种降低水下排气噪声喷管的设计方法，其特征在于，所述波瓣喷管段参数包括喷管长度、喷管直径、波瓣个数、波瓣宽度、波瓣高度、内外扩张角；所述收缩段参数包括收缩段长度、入口直径、出口直径。4.如权利要求1所述的一种降低水下排气噪声喷管的设计方法，其特征在于，所述波瓣喷管段及收缩段参数选择之后还包括：基于收缩段参数仿真确定最佳收缩曲线。5.一种收缩式波瓣喷管，其特征在于，所述波瓣喷管包括波瓣段和收缩段；所述波瓣段为圆柱状，波瓣段一端向外扩散形成若干波瓣，波瓣段另一端与收缩段连接；所述收缩段为扩散管状，不与波瓣段连接的一端向外扩散形成喇叭状；所述波瓣段和收缩段组合形成拉瓦尔喷管状的喷管。6.如权利要求5所述的一种收缩式波瓣喷管，其特征在于，所述波瓣段波瓣个数为偶数个，且波瓣的分布包括均布式；所述波瓣的扩张角为10
°‑
20
°
。7.如权利要求5所述的一种收缩式波瓣喷管，其特征在于，所述波瓣高度及波瓣宽度比为2-4.5。8.如权利要求5所述的一种收缩式波瓣喷管，其特征在于，所述收缩段喇叭状一端为出口端；所述收缩段与波瓣段一端为入口端；所述出口端的直径为入口端直径的1-2倍。9.如权利要求5所述的一种收缩式波瓣喷管，其特征在于，所述收缩段向外扩散幅度通过收缩曲线确认；所述收缩曲线包括：维氏曲线、五次曲线、双三次曲线。10.如权利要求5所述的一种收缩式波瓣喷管，其特征在于，所述波瓣段与所述收缩段连接处设有整流器；所述整流器包括蜂窝、导流片。

技术总结

本发明公开了一种降低水下排气噪声喷管的设计方法及收缩式波瓣喷管。所述方法包括：波瓣喷管段及收缩段参数选择；建立波瓣喷管结构物理模型；建立物理学假设并仿真；确定最终喷管参数；水下装备的排气过程属于浸没式排气；排气噪声包含排气管路内的上游噪声和排气管外的下游噪声；排气管路内的消声结构可以有效抑制上游噪声，但难以作用于管外的下游噪声；而下游噪声恰恰又是幅值最强的部分，不采取针对性措施对下游噪声进行抑制，总声压级难以降低；本发明通过数值模拟和实验的手段对管口流动、管内压力脉动以及排气噪声的影响进行分析；对波瓣喷管的降噪机理进行分析，设计出一种降低水下排气噪声喷管，为水下装备排气降噪的工程设计提供参考。噪的工程设计提供参考。噪的工程设计提供参考。