شبیه سازی عددی آکوستیکی یک نمونه زیردریایی

STUDENT

DEGREE

YEAR

Reduction of sound made by submarine has been the subject of many researches in recent years. Reducing of acoustic response in submarines because of relaxation of aboard, reduction of crew exhaustion and military aim is important. It’s noticeable that water is a good source of sound transmission and it lets the passive sonars to trace in long distance. Since long time, technology of tracing of submarines from self-noise has been grown up. Because of now a day complexity of acoustic tracing, submarines must be so noiseless not to be discovered. The first step to reduce the noise is identifying the noise sources and knowing how much noise it may produce. There were so many experimental and numerical researches done in analyzing of submarine acoustic field. The goal of this study is analyzing the acoustic field around a submarine hull called SUB-OFF. As a bench mark in our verification, first a simple geometry like a hydrofoil as 2D analysis was studied. One of the most important parameter in lifting marine surfaces which must be considered is acoustic noise. In this study, acoustic field around NACA0018 hydrofoil in different angle of attack was calculated. Whereas the aim of present study is a 3D geometry after 2D analysis, the hydrodynamic and hydro acoustic field around 3D geometries such as cube with extra supplement was analyzed. Results of sound pressure level were validated by available numerical and experimental data. After validating the results and being sure of accuracy of method the hull geometry was analyzed by the same methodology. For acoustic analyzing of hull, 330 receivers in 50 to 2000 meter by a 100 meter step from submarine hull were considered. The sound pressure levels which calculated in these receivers were in a range of 43 to -2.5 decibel. After that the sound pressure level was acquired for 2 m/s and 3.036 m/s velocity for far field determination. Whereas sound pressure level is time dependent, it was compared in different time. At last, this quantity for various velocity and time was compared and results showed that the quantity of sound pressure level is lower about 1 to 2 decibel for velocity of 2 m/s and about 0.3 to 0.8 decibel lower for 1.8 s and 1 s. For hydrodynamics and hydro acoustics analysis, Ansys-Fluent was used and for acoustic verifications, FW-H methodology was used. This method (FW-H) lets choose several source and receiver surface. Receivers could be either in a steady mode in source frame or move in a particular velocity. One of the defection of this method is just ability to predict sound propagation in free space and doesn’t let to calculate the sound propagation in bonded space. According to the geometries studied in present study this defect doesn’t effect on the process of analyzing. Keywords: Hydro acoustic, Hydrodynamics, submerged, FW-H modle, sound intensity, sound pressure level.

کاهش صدای تولید شده توسط زیردریایی برای مدت طولانی است که در تحقیقات مختلف مورد توجه قرارگرفته است. در زیردریایی‌ها کاهش صدا به چندین دلیل از قبیل راحتی سرنشین‌ها، کاهش خستگی خدمه و در موارد نظامی برای جلوگیری از ردیابی حائز اهمیت است. دلیل این امر آن است که آب یک منبع بسیار خوب انتقال صدا است و اجازه ردیابی زیردریایی را توسط ردیاب غیر‌فعال در فواصل طولانی می‌دهد. در طول سال‌ها، فنّاوری استفاده‌شده برای ردیابی زیر‌دریایی‌ها توسط اثر صدای تولیدی آن‌ها به میزان قابل ملاحظه‌ای ارتقاء داده شده است. به دلیل پیچیدگی روش‌های امروزی ردیابی آکوستیکی، زیردریایی‌ها باید به‌ صورت قابل ملاحظه‌ای بی‌صدا باشند تا ردیابی نشوند. اولین مرحله در راستای کاهش نویزی که یک زیردریایی تولید می‌کند شناخت منابع ایجاد کننده نویز و میزان صدایی است که آن‌ها تولید می‌کنند. بررسی‌های زیادی به‌صورت عددی و آزمایشگاهی درزمینه‌‌ی بررسی آکوستیکی زیردریایی انجام گرفته، که در بررسی پیش رو هدف بررسی میدان آکوستیکی حول بدنه یک مدل زیردریایی خاص است. به منظورآشنایی با مسئله و به عنوان معیار، ابتدا یک هندسه ساده‌‌تر مثل یک عدد هیدروفویل مورد بررسی قرارگرفته است. یکی از مهم‌ترین پارامترهایی که در سطوح بالابرنده‌ی آبی باید در نظر گرفته شود نویز آکوستیکی منتشر شده از سطح است. در پروژه پیش رو، میدان آکوستیکی هیدروفویل ناکا0018 محاسبه گردیده و رفتار آکوستیکی این هیدروفویل در زاویه حمله‌های مختلف مورد بررسی قرارگرفته است. نتایج حاصل از میزان فشار صوتی با نتایج آزمایشگاهی و عددی موجود بررسی شده است. از آنجاکه هندسه‌‌ی بدنه‌‌ی زیردریایی هندسه‌‌ای سه بعدی بوده و تحلیل مورد بررسی روی ایرفویل ذاتاً یک بررسی دو بعدی است، در ادامه جهت بررسی صحت روش در حالت سه بعدی هندسه‌های نمونه‌ای ازجمله هندسه یک مکعب به همراه نیم بیضوی درقسمت پشتی و جلویی و همچنین هندسه مکعب به همراه منشور در قسمت جلویی و پشتی مورد بررسی قرار گرفته شده و پس از تطبیق نتایج حاصل و اطمینان از صحت روش مورد بررسی هندسه‌‌ی بدنه زیردریایی با استفاده از همان روش مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. در بررسی بدنه، میزان فشار صوتی در فواصل 50 تا 2000 متری از بدنه و برای سرعت‌های 2 و 036/3 متر بر ثانیه به دست آمده است. از آنجاکه فشار صوتی کمیتی وابسته به زمان است، مقادیر آن در زمان‌‌های 1 و 8/1 و 25/2 ثانیه نیز بررسی شده است. محدوده تراز فرکانسی برای فواصل بدست آمده از 43 دسی بل تا 5/2- دسی بل بوده و برای دو سرعت بررسی شده این مقادیر 1 تا 2 دسی بل برای سرعت 2 متر بر ثانیه کمتر بوده و در سه زمان بررسی شده این مقدار از حدود 3/0 تا 8/0 برای زمان‌‌های 8/1 و 1 ثانیه کمتر از زمان 25/2 ثانیه است. در آخر میزان فشار صوتی برای این فواصل در سرعت‌هاو زمان‌‌های ذکر شده با یکدیگر مقایسه و نتایج به‌صورت نمودار به نمایش درآمده است. به منظور بررسی هیدرودینامیکی و آکوستیکی مسئله مورد بررسی از حل گر انسیس فلوئنت استفاده و جهت بررسی آکوستیکی آن از مدل فاکس ویلیام و هاوکینز استفاده‌شده است. مدل آکوستیک FW-H در انسیس فلوئنت اجازه می دهد که چندین سطح منبع و گیرنده انتخاب شود. یکی از معایب مهم فرمولاسیون انتگرالی FW-H این است که این روش تنها قادر به پیش بینی انتشار صوت در فضای بینهایت می باشد بدین معنی که این مدل می تواند برای نویز ایجاد شده در دوردست ناشی از جریان های خارجی، از قبیل جریان های حول اجسام، به کار برده شود که با توجه به اینکه در بررسی حاضر هدف بررسی میدان اطراف بدنه زیردریایی بود که در یک فضای بینهایت قرار دارد، این محدودیت نه تنها عیب نبوده، بلکه به عنوان مزیتی در مطالعه انجام شده به کار گرفته شده است. کلمات کلیدی: هیدروآکوستیک، هیدرودینامیک، زیردریایی، مدل فاکس ویلیام هاوکینز، شدت صوت، تراز فشار صوت