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波浪结构对圆柱-翼型湍流干涉噪声的影响研究

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机械科学与技术 2023年第2期42卷 321-328页

作者：王大庆冯和英彭叶辉仝帆湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学数学与计算科学学院湖南湘潭411201 中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室四川绵阳621000

为探究波浪翼型的降噪效果,采用大涡模拟(LES)和边界元法(BEM)相结合的混合方法对3种不同波浪翼型进行模拟,并通过试验验证了仿真模型的可行性,进一步分析了3种不同波浪翼型(表面波浪Wavy airfoil-A、前缘波浪Wavy airfoil-B和前缘+表... 详细信息

为探究波浪翼型的降噪效果,采用大涡模拟(LES)和边界元法(BEM)相结合的混合方法对3种不同波浪翼型进行模拟,并通过试验验证了仿真模型的可行性,进一步分析了3种不同波浪翼型(表面波浪Wavy airfoil-A、前缘波浪Wavy airfoil-B和前缘+表面波浪Wavy airfoil-C)对圆柱-翼型湍流干涉噪声的影响。研究结果表明:3种模型都能在一定程度上降低翼型湍流干涉噪声,其中Wavy airfoil-C模型降噪效果最好,降噪频率范围最广,其垂直流向方向总声压级降噪量可达6.7 dB;Wavy airfoil-C模型不仅能有效地降低翼型表面压力脉动、各截面上的湍流强度、升阻力系数波动、功率谱密度,还能利用其前缘波浪结构有效地减少前缘主声源区域的面积,且能利用其表面波浪结构的导流作用降低翼型后缘的声源振动幅值。

关键词：波浪结构圆柱-翼型边界元法湍流干涉噪声

基于仿生学原理的航空低压涡轮湍流干涉噪声控制方法研究

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基于仿生学原理的航空低压涡轮湍流干涉噪声控制方法研究

作者：杨成浩湖南科技大学

学位级别：硕士

随着航空事业的飞速发展,以及人类环保意识的增强,飞机发动机噪声问题成了人们的关注热点。在飞机降落过程中,低压涡轮湍流干涉噪声占据了发动机噪声的主导地位,深入研究低压涡轮湍流干涉噪声产生机理,并发展有效的噪声控制策略,可为发... 详细信息

随着航空事业的飞速发展,以及人类环保意识的增强,飞机发动机噪声问题成了人们的关注热点。在飞机降落过程中,低压涡轮湍流干涉噪声占据了发动机噪声的主导地位,深入研究低压涡轮湍流干涉噪声产生机理,并发展有效的噪声控制策略,可为发动机噪声控制研究提供参考和依据。近年来,随着人们对仿生学的深入研究,模仿具有寂静飞行本领的猫头鹰翅膀结构,以及具有减阻降噪功能的鲨鱼表皮凸起结构的仿生降噪技术引起了学者们的重视,发展了诸如锯齿尾缘、多孔介质、小肋凸起等降噪技术。基于此,本文在采用大涡模拟结合FW-H声学方程分析低压涡轮湍流干涉噪声产生机理的基础上,探索了锯齿尾缘、多孔介质及小肋凸起结构对湍流干涉噪声的影响及降噪机理。论文主要研究工作和结论如下:(1)首先,比较了大涡模拟方法的四种亚格子模型(SL、DSL、WALE和KET)在湍流干涉噪声模拟方面的计算精度和效率,并确定了效果最佳的DSL亚格子模型。然后,采用DSL亚格子模型对噪声源进行识别和定位,发现翼型前缘30%长度区域为主要噪声源,后续将围绕该区域展开噪声控制研究。(2)湍流干涉噪声产生机理为:上游尾迹中包含着复杂的各种尺度涡系结构,其非定常性、非线性以及不稳定性会使得下游叶片流场产生干涉效应,从而导致强烈的湍流干涉噪声。噪声控制可以从噪声产生源头入手,即通过改善上游尾迹来降低气动噪声,因此后续分别探索了尾缘锯齿、多孔介质和小肋凸起三种改善上游尾迹的降噪策略。(3)以PW-E发动机最后一级低压涡轮为研究对象,研究了不同轴向间距下,上游静叶尾缘采用短、长锯齿结构时,一级低压涡轮动静干涉噪声及气动性能的变化规律。上游静叶采用锯齿尾缘结构,产生于锯齿根部的微射流可以消除下游动叶前缘分离泡,从而削弱非定常干涉效应,提升气动性能,降低动静干涉噪声;长锯齿尾缘静叶降噪效果更好,可降低单音噪声8.7d B-11.8d B,并提高了涡轮流量及总压恢复系数。静叶尾缘采用仿生锯齿结构,降低干涉噪声的同时也能提升气动性能。(4)以圆柱-翼型模型为研究对象,研究了不同PPI和厚度的多孔介质结构对湍流干涉噪声和气动性能的影响,深入分析了降噪机理。多孔介质通过稳定圆柱表面的剪切层,抑制旋涡脱落,从而削弱尾迹对下游翼型的冲击作用,其中圆柱单音噪声可降低79d B,翼型单音噪声降低13.22d B,宽频噪声降低约20d B。相较于PPI,厚度的变化对湍流干涉噪声的影响更大。多孔介质可在降低圆柱-翼型湍流干涉噪声的同时改善气动性能。(5)探索了小肋凸起结构对湍流干涉噪声和气动性能的影响。小肋凸起结构能有效降低圆柱表面的剪切应力,推迟边界层的分离,将圆柱表面脱落的大尺度涡结构破碎成小尺度涡结构,从而降低了圆柱-翼型湍流干涉噪声,其中圆柱噪声降低21.36d B,翼型单音噪声降低10.89d B。小肋凸起结构也能有效降低湍流干涉噪声。多孔介质和小肋凸起结构可有效地抑制圆柱-翼型湍流干涉噪声,可为后续应用到实际低压涡轮的噪声控制提供理论依据和指导。

关键词：仿生学原理航空低压涡轮湍流干涉噪声亚格子模型锯齿尾缘多孔介质小肋凸起尾迹

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风扇湍流宽频噪声特性的数值计算分析

航空动力学报 2015年第2期30卷 455-462页

作者：仝帆乔渭阳王良锋纪良王勋年西北工业大学动力与能源学院西安710072 中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000

基于Gliebe发展的风扇自噪声经验预测模型与Mugridge-Morfey发展的湍流-叶片干涉噪声分析预测模型,以GE公司R4风扇为研究对象,详细分析了风扇自噪声与转子尾迹湍流-出口导叶干涉宽频噪声（湍流干涉噪声）的特性.研究了不同的风扇设计参... 详细信息

基于Gliebe发展的风扇自噪声经验预测模型与Mugridge-Morfey发展的湍流-叶片干涉噪声分析预测模型,以GE公司R4风扇为研究对象,详细分析了风扇自噪声与转子尾迹湍流-出口导叶干涉宽频噪声（湍流干涉噪声）的特性.研究了不同的风扇设计参数和湍流参数对风扇自噪声与湍流干涉噪声的影响.计算结果表明：湍流干涉噪声对风扇宽频噪声起着主要作用,湍流干涉噪声比转子自噪声大约6-10dB,比出口导叶自噪声大约20dB.此外,出口导叶来流速度对湍流干涉噪声的影响最大,来流速度增大15%时,声功率可增大4dB左右.湍流强度对湍流干涉噪声影响较大,当湍流强度增加30%时,声功率增大约1.5dB.

关键词：宽频噪声自噪声湍流干涉噪声经验预测模型分析预测模型声功率

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多孔介质对圆柱-翼型干涉噪声的影响

航空动力学报 2022年第7期37卷 1528-1538页

作者：杨成浩冯和英彭叶辉保女子湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学数学与计算科学学院湖南湘潭411201

采用LES(large eddy simulation)+FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程,研究了圆柱表面使用不同PPI(pore number per inch)和厚度的多孔介质对圆柱尾迹及圆柱-翼型干涉噪声的影响,探索了多孔介质的降噪规律和机理。结果表明:多孔介质能... 详细信息

采用LES(large eddy simulation)+FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)方程,研究了圆柱表面使用不同PPI(pore number per inch)和厚度的多孔介质对圆柱尾迹及圆柱-翼型干涉噪声的影响,探索了多孔介质的降噪规律和机理。结果表明:多孔介质能稳定圆柱表面的剪切层,抑制旋涡脱落,从而削弱尾迹对下游翼型的影响,圆柱单音噪声最大可降79 dB,翼型单音峰值降低13.22 dB,宽频噪声降低20 dB;多孔材料PPI的变化对降噪效果影响较小,而厚度是影响流场模态、降噪效果及气动性能的一个关键参数;多孔材料厚度合适时,圆柱-翼型流场形态为“剪切层模态”,可有效降低湍流干涉噪声;多孔材料厚度较小时,发现了一种流场形态,即“剪切层-尾迹模态”,导致翼型噪声增大;合适的多孔介质厚度不仅降噪效果显著,对圆柱-翼型的气动性能也有改善作用。

关键词：多孔介质圆柱-翼型湍流干涉噪声尾迹流态气动性能

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节径凸起结构对串列双圆柱干涉噪声的影响

航空动力学报 2023年第1期38卷 160-172页

作者：王大庆仝帆冯和英王勇杨成浩中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室四川绵阳621000 湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湖南湘潭411201

为探究周期性节径凸起结构对串列双圆柱体钝体杆件干涉噪声的降噪效果与降噪规律,在0.55 m×0.4 m声学消声风洞开展了串列双圆柱降噪实验,设计了8种不同参数的周期性节径凸起结构,实验研究了4种不同来流速度(雷诺数为0.4×10^(5)~1.6×1... 详细信息

为探究周期性节径凸起结构对串列双圆柱体钝体杆件干涉噪声的降噪效果与降噪规律,在0.55 m×0.4 m声学消声风洞开展了串列双圆柱降噪实验,设计了8种不同参数的周期性节径凸起结构,实验研究了4种不同来流速度(雷诺数为0.4×10^(5)~1.6×10^(5))下周期性节径凸起结构对串列双圆柱干涉噪声的影响。研究表明:周期性节径凸起结构可以减弱甚至完全抑制单音峰值噪声的产生,最大峰值噪声降噪量可达近30 dB,总声压级最高降噪量可达18.1 dB。不同工况状态下,各种参数化结构对噪声抑制能力有所不同,均存在最佳值,其中凸起高度为(0.1D~0.15D)、凸起间距为0.5D左右(D为基准圆柱直径)的周期性节径凸起结构在较广工况范围下都具有较好的降噪效果。周期性节径凸起结构的引入,不仅改变了串列双圆柱对应的峰值特征频率和涡脱落频率,而且抑制圆柱杆件卡门涡街的产生。

关键词：湍流干涉噪声节径凸起结构串列双圆柱峰值噪声涡脱频率