本文的研究工作在国家自然科学基金项目“离心泵空化诱导噪声特性及其激励机制研究”（编号:51976079）的资助下完成。水下机器人广泛应用于海底资源勘测、海洋监测和环境调查、海工建设、海洋防务等军事、民生领域,是维护我国海洋主权、保证能源和资源安全以及经济长期可持续发展的重要装备。导管推进器是水下机器人主要的动力源,其效率和水动力噪声对整机性能和隐蔽性至关重要。作为水下机器人的主要噪声源之一,推进器的水动力噪声源于流场中各种不稳定流动。因此,深入研究导管推进器水动力噪声的产生机理、分布特性以及传播规律,进而探究流场与声场的耦合机制,对导管推进器水动力噪声的抑制和水下机器人的声优化设计具有重要意义。涡声理论指出流体诱导噪声的内部机理,即声波的产生与流体中旋涡、湍流等不稳定流动紧密相关,对研究流场与声场之间的耦合关系具有重要指导意义。本文以涡声方程为理论基础,并结合数值模拟和实验研究,建立三维流场-声场耦合数值计算模型,对微型导管推进器的非定常流场流动特性、声波在流体中的产生机理以及声场分布特性进行研究,并基于场协同理论,分析导管推进器水动力噪声的传播规律,最终揭示导管推进器流场与声场的耦合机制。主要研究内容及结论如下:1.构建了涡声方程的数值求解方法,编译了自定义的标量方程和相关UDF程序,定义了表征流动噪声声源强弱的声源标准差和表征流动噪声声波能量大小的声压标准差,从而建立了基于Powell涡声理论的流场-声场耦合数值计算模型,为水动力噪声的产生机理和声场分布特性研究提供了理论基础。2.根据所建立的三维流场-声场耦合数值计算模型并结合FW-H方程,对圆柱-翼型干涉流场和声场进行了数值研究,将计算得到的模拟结果与实验结果对比分析。结果表明:圆柱-翼型干涉流场的速度分布与实验吻合较好,圆柱、翼型前缘和尾缘是涡量产生的主要区域;圆柱脱落涡和脱落涡与翼型的相互作用是圆柱-翼型模型的主要声源;相比于FW-H方程,流场-声场耦合数值计算模型所预测的声场结果与实验值更接近,验证了涡声方程应用于流体动力噪声数值计算的可行性。3.采用分离涡数值模拟和实验研究相结合的方法,对导管推进器流场的水动力特性进行对比分析。结果表明:导管推进器在进速系数为0.6时推进效率最高,熵产损失最小;导管域中旋涡结构随着流速的增加而减弱;叶轮域存在四种明显旋涡结构:梢涡、毂涡、圆柱脱落涡及叶片脱落涡,并且各旋涡之间存在相互融合与扩散,进而在尾流区形成了一个明显的环状涡结构。整体而言,推进器叶轮域的涡量强度最大;其中,叶轮域的梢涡由拉伸扭曲项和科氏力项共同作用,而叶片脱落涡和毂涡的主要来源为科氏力项。4.基于流场-声场耦合数值计算模型和场协同理论,对导管推进器水力近场声源和声压的分布特性与演变规律、远场辐射噪声的频域特征和指向性,以及场协同角与辐射噪声的关系进行了研究,同时对推进器的水动力噪声进行了实验验证。结果表明:圆柱尾流区为导管域的主要噪声源区和声压脉动最大的区域;叶片脱落涡等旋涡结构是叶片域水动力噪声的主要噪声源。推进器声源标准差、涡量、熵产的云图分布情况基本重合,表明水动力噪声的产生与流场中的涡旋、湍流脉动等不稳定流动密切相关;由速度与涡束拉伸引起的声源项是推进器的主要性质声源;叶轮域是推进器噪声源的最主要贡献者和近场声压脉动最剧烈的区域。推进器远场辐射噪声具有明显的的叶频特性,其噪声指向性呈偶极子分布;推进器辐射噪声随进速系数的增加先减小再增大,在最优效率点（J=0.6）时辐射噪声最小。随着协同角远离90°,流场-声场的协同度增强,声波传递的能量损失增大,进而远场辐射噪声减小。远场辐射噪声的实验值和模拟值随转速的变化趋势基本一致,二者最大误差仅为5.16%,验证了基于流场-声场耦合数值计算模型求得的声场结果的准确性。