一种水下空腔噪声控制方法技术

本发明专利技术涉及了一种水下空腔噪声控制方法

【技术实现步骤摘要】
一种水下空腔噪声控制方法、装置及介质


[0001]本专利技术涉及传感器

。
尤其涉及一种水下空腔噪声控制方法
、
装置及介质
。

技术介绍

[0002]海洋作为主要边疆和走向世界海域的必经战略通道，复杂的海洋环境和复杂化的战略任务需求对新一代水下航行器的性能提出了更高的要求
。
而如何提高水下航行器的隐蔽性，又成为了发展新一代水下航行装备和武器的研究重点
。
因此，不断强化水下航行器的隐蔽性已经成为提高海洋装备性能
、
海军综合突防能力的重要途径
。
[0003]空腔广泛存在于水下航行器的开孔部位，当航行器表面湍流边界层流经这些开孔时，在空腔口形成流动剪切层，剪切层会空腔口的导边
、
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，进而产生较为强烈的空腔噪声，严重影响水下航行器的隐蔽性
。
[0004]现有的空腔噪声控制方法主要是在空腔前安装扰流装置，改变空腔前缘处的湍流剪切层，从而实现空腔噪声的抑制，如中国专利文献公开的
CN112699470A、CN114822464A
等专利技术，但这些装置的安装位置与尺寸与来流速度紧密相关，很难实现在不同航速下的灵活改变
。
[0005]如何实现在不同航速下的灵活有效的抑制涡流与空腔的相互作用，以降低水下航行器空腔噪声，是亟需解决的问题
。
专利技术内容
[0006]本专利技术提供一种水下空腔噪声控制方法
、
装置及介质
。
以解决在不同航速下灵活有效的抑制涡流与空腔的相互作用，以降低水下航行器空腔噪声的问题
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种水下空腔噪声控制方法，用于空腔噪声控制装置中，所述空腔噪声控制装置包括一空腔
、
设置于所述空腔一侧的喷水机构和所述喷水机构的控制系统，包括：
[0008]设计多个分布在预设范围内的所述喷水机构位置的样本值；
[0009]利用
CFD(Computational Fluid Dynamics
，计算流体动力学
)
开展流体动力学仿真计算得到计算结果，将所述计算结果
、
预设流动控制方程和预设涡流物理模型作为训练数据集；
[0010]基于训练数据集对神经网络进行训练，构建作业工况与涡流强度
、
涡流脱落频率以及涡流位置的关联关系，得到用于快速预测的代理模型；
[0011]获取空腔几何尺寸和航行器航行速度，根据所得代理模型获得在所述空腔几何尺寸和所述航行器航行速度下的预测结果，其中，所述预测结果至少包括涡流强度
、
涡流脱落频率和涡流位置的信息；
[0012]将获得的所述预测结果输入噪声阈值判别器中，判断预测结果的噪声是否满足之前的设定值，若不满足，则确定噪声控制失败，采用所述喷水机构的控制系统调节噪声，若
满足，则结束分析
。
[0013]优选的，所述确定噪声控制失败后还包括：将获取的预测结果反馈喷水机构的控制系统，通过该系统来调节喷水机构的喷水口张角
、
喷水速度和机构倾角；
[0014]对调节后流场的涡流信息利用所述噪声阈值判别器做进一步的判断，如果不满足要求，则需要下一轮的调节，直至满足所述设定值
。
[0015]优选的，所述判断预测结果的噪声是否满足之前的设定值，具体包括：所述噪声阈值判别器基于所述预测结果判断噪声主频的幅值，判断预测结果的噪声主频的幅值是否满足之前的设定值
。
[0016]优选的，所述预设流动控制方程主要包括连续性方程
、
动量守恒方程以及
VOF
模型的相分数方程：
[0017][0018][0019]式中，
U
表示速度矢量；
p
表示当地压力；
I
表示单位张量；
μ
m
表示混合物粘度，
μ
m
＝
(1
‑
α
a
)
μ
l
+
α
a
μ
a
；
ρ
m
表示混合物密度，
ρ
m
＝
(1
‑
α
a
)
ρ
l
+
α
a
ρ
a
；
μ
l
和
μ
a
分别表示液体和气体的粘度；
ρ
l
和
ρ
a
分别表示液体和气体的密度；
α
a
表示气体的体积分数
。
[0020]VOF
模型的相分数方程为：
[0021][0022]式中，
α
表示计算域内各网格单元的相分数
。
[0023]所述预设涡流物理模型，利用
Q
准则对涡进行识别和判断，
[0024][0025]式中，
u
表示
x
方向的速度
、v
表示
y
方向的速度，
w
表示
z
方向的速度
。
[0026]优选的，所述基于训练数据集对神经网络进行训练，构建作业工况与涡流强度
、
涡流脱落频率以及涡流位置的关联关系，得到用于快速预测的代理模型，具体包括：
[0027]网络搭建过程中采用深度神经算子神经网络：网络输入
u
基于自变量控制，输入于另一自变量控制，并使用分支网
Branchnet
和主干网
Trunknet
分别表示所述网络输入
u
经过流形
G
作用后在位置处的值，其统一公式得到：
[0028][0029]其中，
u(x1),u(x2),...,u(x
m
)
为用于训练算子
G(u)
的函数组，自变量为空腔流速及其他监测数据，
m
为该数据的维度，为算子的自变量，
b
k
为分支网
Branchnet
的变换，
t
k
为主干网
Trunknet
的变换
。
[0030]两组数据和作为模型的输入，网络需要两个部分
(
分支网
Branch net
和主干网
Trunknet)
分别处理，其中主干网
Trunknet
以作为输入，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水下空腔噪声控制方法，其特征在于，用于空腔噪声控制装置中，所述空腔噪声控制装置包括一空腔
、
设置于所述空腔一侧的喷水机构和所述喷水机构的控制系统，包括：设计多个分布在预设范围内的所述喷水机构位置的样本值；利用
CFD
开展所述样本值的流体动力学仿真计算得到计算结果，将所述计算结果
、
预设流动控制方程和预设涡流物理模型作为训练数据集；基于训练数据集对神经网络进行训练，构建作业工况与涡流强度
、
涡流脱落频率以及涡流位置的关联关系，得到用于快速预测的代理模型；获取空腔几何尺寸和航行器航行速度，根据所得代理模型获得在所述空腔几何尺寸和所述航行器航行速度下的预测结果，其中，所述预测结果至少包括涡流强度
、
涡流脱落频率和涡流位置；将获得的所述预测结果输入噪声阈值判别器中，判断预测结果的噪声是否满足之前的设定值，若不满足，则确定噪声控制失败，采用喷水机构的控制系统调节噪声，若满足，则结束分析
。2.
根据权利要求1所述的一种水下空腔噪声控制方法，其特征在于，所述确定噪声控制失败后还包括：将获取的预测结果反馈喷水机构的控制系统，通过该系统来调节喷水机构的喷水口张角
、
喷水速度和机构倾角；对调节后流场的涡流信息利用所述噪声阈值判别器做进一步的判断，如果不满足要求，则需要下一轮的调节，直至满足所述设定值
。3.
根据权利要求1所述的一种水下空腔噪声控制方法，其特征在于，所述判断预测结果的噪声是否满足之前的设定值，具体包括：所述噪声阈值判别器基于所述预测结果判断噪声主频的幅值，判断预测结果的噪声主频的幅值是否满足之前的设定值
。4.
根据权利要求1所述的一种水下空腔噪声控制方法，其特征在于，所述预设流动控制方程主要包括连续性方程
、
动量守恒方程以及
VOF
模型的相分数方程：模型的相分数方程：式中，
U
表示速度矢量；
p
表示当地压力；
I
表示单位张量；
μ
m
表示混合物粘度，
μ
m
＝
(1
‑
α
a
)
μ
l
+
α
a
μ
a
；
ρ
m
表示混合物密度，
ρ
m
＝
(1
‑
α
a
)
ρ
l
+
α
a
ρ
a
；
μ
l
表示液体的粘度
、
μ
a
表示气体的粘度
、
ρ
l
表示液体的密度
、
ρ
a
表示气体的密度
、
α
a
表示气体的体积分数；
VOF
模型的相分数方程为：式中，
α
表示计算域内各网格单元的相分数；所述预设涡流物理模型，利用
Q
准则对涡进行识别和判断，
式中，
u
表示
x
方向的速度
、v
表示
y
方向的速度，
w
表示
z
方向的速度
。5.
根据权利要求1所述的一种水下空腔噪声控制方法，其特征在于，所述基于训练数据集对神经网络进行训练，构建作业工况与涡流强度
、
涡流脱落频率以及涡流位置的关联关系，得到用于快速预测的代理模型，具体包括：网络搭建过程中采用深度神经算子神经网络：网络输入
u
基于自变量控制，输入于另一自变量控制，并使用分支网
Branch net
和主干网
Trunk net
分别表示所述网络输入
u
经过流形
G
作用后在位置处的值，其统一公式得到：其中，
u(x1),u(x2),...,u(x...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜特专，王永九，黄仁芳，黄剑霖，王静竹，王一伟，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：