仿生水翼前缘突起几何参数对空化流场及声场的调控机制研究

本文通过大涡模拟(LES)和Zwart-Gerber-Belamri空化模型，系统研究了基于座头鲸胸鳍前缘结构的仿生水翼空化特性。研究发现前缘突起能有效抑制空化展向扩展，降低高频区压力脉动幅度，并通过减少空泡溃灭时的体积变化加速度显著降低伪厚度噪声（pseudo-thickness noise）。研究为水力机械空化噪声控制提供了新思路。

　　

Highlight

本研究揭示了仿生前缘突起几何参数对水翼空化流场和声场的调控规律：最大振幅（仿生水翼III）和最短波长（仿生水翼V）的结构能最有效降低各方位角的伪厚度噪声和伪载荷噪声（pseudo-loading noise），同时保持辐射声瓣方向性不变。

Hydrodynamic Characteristics

图10展示了基准水翼与仿生水翼的升力系数(C_l)、阻力系数(C_d)及升阻比(C_l/C_d)的时序变化。结果表明，所有水翼都表现出明显的振荡行为，其中基准水翼(BH)的C_l和C_d波动最为剧烈，而仿生水翼的波动较弱，说明其水动力特性受空泡演化影响较小。

Conclusions

基于NACA66水翼设计的五种仿生水翼研究表明：前缘突起振幅设计在0.05c～0.11c、波长在0.25b–0.5b范围内时，能显著抑制空化展向扩展，缩短最大空化长度。通过连续小波变换发现，突起结构通过降低空泡溃灭时的体积变化加速度，直接抑制声能释放，实现伪厚度噪声的频谱幅值降低。

（注：翻译部分严格保留专业术语原格式，如C_l、pseudo-thickness noise等，并采用生命科学领域常见的"调控""抑制""频谱"等专业表述，同时通过"揭示""显著"等词汇增强生动性。）