Page 30 - 《应用声学》2025年第3期

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Furthermore, as the blade tip clearance increases, the overall sound pressure level of the flow noise initially
decreases and then increases, which corresponds with the pattern of pressure pulsation source level changes
within the duct.
Keywords: Detached eddy simulation; Tip clearance; Pumpjet propulsor; Flow noise; FW-H equation

实验研究。
0 引言 上述研究侧重于叶顶间隙对泵喷推进器的水
动力特性和涡场等的影响，而不同叶顶间隙对泵喷
随着泵喷推进器在水下航行体上的应用前景
推进器流噪声影响的研究较少。本文基于计算流体
越来越广，人们对泵喷低噪声的要求越来越高，而泵
力学和声类比方法，对装载在水下航行体上的不同
喷转子和导管之间叶顶间隙涡引起的流场脉动是
叶顶间隙泵喷推进器的流场和辐射噪声展开数值
泵喷推进器的重要声源。
研究。
Lu 等 [1] 采 用 基 于 纳 维 -斯 托 克 斯 (Reynolds
average Navier-Stokes, RANS) 和 剪 切 应 力 输 运 1 流场计算方法及验证
(Shear stress transport, SST) k-ω 湍流模型的数
值模拟方法对某型泵喷推进器的水动力性能进行 本节基于 INSEAN E779A 螺旋桨的水力参数
了研究。结果表明，转子提供了推进器的主要推力， 实验结果 [12] ，对流场计算方法进行验证。INSEAN
叶顶间隙的存在会导致叶顶涡流的出现，从而导致 E779A 桨是一种四叶、固定螺距的右手螺旋桨，其
效率损失。Qin等 [2] 采用 RANS方法研究了叶顶间 几何参数和模型分别如表1和图1所示。
隙对泵喷推进器水动力性能的影响，对不同叶顶间 表 1 INSEAN E779A 螺旋桨模型参数
隙模型的敞水效率等特性进行数值模拟。研究发 Table 1 Model parameters of INSEAN
现，随着叶顶间隙的增加，推进器的推进效率下降。 E779A propeller
Yu 等 [3] 对不同叶顶间隙下泵喷推进器的推力和扭
叶片数目 螺旋桨直径 D p/m 螺距比 盘面比
矩波动进行数值研究。研究发现，叶顶间隙增大不
4 0.227 1.1 0.69
会改变推力和扭矩波动的主频率，但对波动幅度有
显著影响。Qiu 等 [4] 对泵喷推进器在不同斜流角和
不同叶顶间隙条件下的水动力性能、空化性能和脉
动压力进行数值研究。结果表明，与斜流角相比，叶
顶间隙尺寸对泵喷推进器效率影响较小；不同叶顶
间隙下泵喷推进器的支承力有一定的相位差，随着

叶顶间隙的增大，相位差向右偏移。Higgens等 [5] 通
过数值模拟和声学类比方法对固定翼型和导管表
面所产生的叶顶间隙流动及其辐射噪声进行了数
值研究，发现大部分噪声是由叶片而不是管道产生
x
的；且由于流场中大量旋涡的存在，考虑流体内的 z y
非线性四极子噪声源是十分必要的。Donyavizadeh
图 1 INSEAN E779A 螺旋桨模型
等 [6] 对某型后置定子式的泵喷推进器进行数值计
Fig. 1 Model of INSEAN E779A propeller
算，研究了叶顶间隙对叶顶分离涡和叶顶泄漏涡的
影响。结果表明，在距前缘 20% 弦长处，发生分离； 本文流场参数采用商业软件 STAR-CCM 求
随着叶顶间隙尺寸的增加，叶顶泄漏涡也会增加。 解：定常流场计算基于RANS方法和 SST k-ω 模型；
文献 [7–8] 对不同叶顶间隙下泵喷推进器的非定常 入口设置为速度边界条件；固体表面设置为无滑移
推力性能和流场进行了数值研究；文献 [9–11] 对叶 壁面；出口采用压力边界条件；其余边界给定对称边
顶间隙对水动力和空化特性的影响进行了数值和 界条件。计算域分为旋转域和静止域；网格划分采