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火箭整流罩外气动噪声环境的大涡模拟研究

宇航学报 2015年第9期36卷 988-994页

作者：赵瑞荣吉利任方李海波袁武北京理工大学宇航学院北京100081 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076 中国科学院计算机网络信息中心超级计算中心北京100190

基于五阶加权本质无振荡(WENO)格式构造隐式大涡模拟方法(ILES),对跨声速来流条件下(Ma=0.8)火箭整流罩外噪声环境进行数值模拟。通过与风洞试验结果及国外文献进行对比,ILES方法能够在较粗网格下准确预测壁面湍流脉动特性。跨声速流动... 详细信息

基于五阶加权本质无振荡(WENO)格式构造隐式大涡模拟方法(ILES),对跨声速来流条件下(Ma=0.8)火箭整流罩外噪声环境进行数值模拟。通过与风洞试验结果及国外文献进行对比,ILES方法能够在较粗网格下准确预测壁面湍流脉动特性。跨声速流动在壁面折角处出现分离、再附、激波/边界层干扰现象,均方根脉动压力系数出现峰值,同时该区域噪声能量在全频段都较高,易引起结构抖振效应。最后,根据ILES模拟结果,指出工程常用的外噪声经验公式的不足,并提出改进措施。

关键词：火箭整流罩气动噪声大涡模拟计算流体力学

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火箭整流罩脉动压力环境数值模拟与优化设计

空气动力学学报 2022年第6期40卷 29-37页

作者：樊宇翔于洋席柯赵瑞任方北京理工大学宇航学院北京100081 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076 中国兵器工业导航与控制技术研究所北京100089

采用雷诺平均N-S方程(RANS)求解流场与非线性噪声方程(NLAS)求解声场相结合的方法(RANS/NLAS),对跨声速条件下火箭整流罩外部的脉动压力环境进行数值模拟与气动外形优化设计研究。通过与国内外文献及风洞试验结果对比发现,使用NLAS方法... 详细信息

采用雷诺平均N-S方程(RANS)求解流场与非线性噪声方程(NLAS)求解声场相结合的方法(RANS/NLAS),对跨声速条件下火箭整流罩外部的脉动压力环境进行数值模拟与气动外形优化设计研究。通过与国内外文献及风洞试验结果对比发现,使用NLAS方法能够利用较少的网格量准确模拟脉动压力的传播历程。同时,结果表明:跨声速流动中,在火箭整流罩的头锥肩部会出现激波/边界层干扰,而在后部倒锥部位会产生大分离区,因此在肩部和倒锥区域脉动压力环境最为恶劣;随着迎角的增加,背风面头锥肩部的脉动压力环境更加恶劣,倒锥区域减缓。为抑制倒锥区域的脉动压力,新设计了直线外形、正弦曲线外形、“切线弧+圆弧”外形三种倒锥轮廓线方案,对比分析了不同方案的倒锥区域时均摩擦力系数、分离区、均方根脉动压力系数,得出了“切线弧+圆弧”外形最有利于优化其脉动压力环境的结论。

关键词：脉动压力环境非线性声学求解器优化设计火箭整流罩计算流体力学

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基于吸声材料的火箭整流罩噪声环境控制

固体火箭技术 2016年第6期39卷 851-856页

作者：任方张正平李海波陈璐秦朝红刘振皓北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076

吸声材料是火箭常用的降噪方法之一。针对高速火箭整流罩,采用三聚氰胺泡沫塑料吸声材料开展了被动控制内声场降噪方法的实验和数值研究。首先,建立了阻抗管的实验平台,实验测量了吸声材料在不同厚度和表面处理下的吸声系数。然后,基于... 详细信息

吸声材料是火箭常用的降噪方法之一。针对高速火箭整流罩,采用三聚氰胺泡沫塑料吸声材料开展了被动控制内声场降噪方法的实验和数值研究。首先,建立了阻抗管的实验平台,实验测量了吸声材料在不同厚度和表面处理下的吸声系数。然后,基于该材料设计了多种火箭整流罩的内声场降噪的方案,采用统计能量数值仿真方法及混响室噪声环境实验,研究了吸声材料厚度、表面处理及布局方式对整流罩降噪性能影响规律。结果表明,采用吸声材料能够有效降低整流罩内声场噪声,总声压级隔声量最大达5.5 d B,厚度增加和表面处理在一定程度上能够增加隔声量。

关键词：火箭整流罩吸声材料噪声控制 SEA方法

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运载火箭整流罩脉动压力环境的数值模拟研究

导弹与航天运载技术 2019年第4期 11-17页

作者：李凰立苏虹沈丹北京宇航系统工程研究所

为了分析箭体表面脉动压力大小,为载荷设计提供参考,基于雷诺平均法/大涡模拟法(Reynolds Average Navier-Stokes/Large Eddy Simulation,RANS/LES)的数值方法,模拟了火箭在跨声速飞行时整流罩头部的脉动压力环境;同时对缩比模型的风洞... 详细信息

为了分析箭体表面脉动压力大小,为载荷设计提供参考,基于雷诺平均法/大涡模拟法(Reynolds Average Navier-Stokes/Large Eddy Simulation,RANS/LES)的数值方法,模拟了火箭在跨声速飞行时整流罩头部的脉动压力环境;同时对缩比模型的风洞试验结果进行验证,提出了在箭体背风面分离区的改进计算措施,对后续精细化脉动压力数值预示具有指导意义,同时也具有较强的工程应用价值。

关键词：脉动压力数值预示火箭整流罩

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大型运载火箭整流罩结构减振降噪问题研究

大型运载火箭整流罩结构减振降噪问题研究

作者：宋海洋哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

对运载火箭进行声学优化是现代航天技术的一项重要研究内容，在整个过程中最有意义的是降低运载火箭整流罩内的声压级，从而保护罩内的卫星和其它精密仪器设备不受到噪声的破坏。近年来，各国都在加大整流罩内减振降噪研究的力度，出现... 详细信息

对运载火箭进行声学优化是现代航天技术的一项重要研究内容，在整个过程中最有意义的是降低运载火箭整流罩内的声压级，从而保护罩内的卫星和其它精密仪器设备不受到噪声的破坏。近年来，各国都在加大整流罩内减振降噪研究的力度，出现了很多新的研究方法和成果。本文首先介绍了国内外对火箭飞行中噪声源的研究现状，其中噪声源主要包括大气的脉动压力和发动机的喷流噪声，同时介绍了火箭整流罩减振降噪的研究现状。其次，本文详细介绍了多孔吸声材料在减振降噪方面的基本理论，之后采用统计能量法对某型号的火箭整流罩进行了建模，并且从结构的实际连接形式和模态密度两个角度验证了模型建立的合理性。分析了不同损耗因子和声场吸声系数对整流罩声振环境的影响以及对比研究了整流罩相似结构间的声振环境。然后，采用在整流罩内壁粘贴满多孔吸声材料进行降噪的方法，对比分析了五种不同泡沫材料和五种不同纤维材料的降噪效果，从中选择了两种降噪效果最好的材料，针对这两种材料又采用了另外两种不同的铺层降噪方法进行了研究，一种方法是是按覆盖率铺设降噪材料，另一种方法是在整流罩内壁铺设多层吸声材料，同时说明了铺设材料的顺序和每层材料的厚度对降噪效果的影响程度。最后，对影响多孔吸声材料降噪性能的因素进行了分析，这些因素有多孔吸声材料自身的性能参数，包括密度、流阻、空隙率和曲折因子，同时因素中也包括材料的外部应用条件，如背后空气层、空气湿度和温度。

关键词：火箭整流罩相似结构多孔吸声材料降噪

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液体火箭整流罩声振响应的统计能量分析

液体火箭整流罩声振响应的统计能量分析

作者：殷骏沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

整流罩在发射过程中,会处于宽频高压声场中,这会激励结构的剧烈振动,整流罩内的声压对内部仪器的性能也有不利的影响。传统的确定性方法,如有限元,受到理论限制并且计算成本大,在高频段计算效率低且误差较大。统计能量法将复杂系统划分... 详细信息

整流罩在发射过程中,会处于宽频高压声场中,这会激励结构的剧烈振动,整流罩内的声压对内部仪器的性能也有不利的影响。传统的确定性方法,如有限元,受到理论限制并且计算成本大,在高频段计算效率低且误差较大。统计能量法将复杂系统划分为子系统,以能量为基本参数,用功率流平衡方程来描述子系统间的能量传递关系。其他响应如位移、速度、声压等都能由能量导出,该方法能有效地解决高频声振问题。本文首先介绍了统计能量分析的发展历程和研究现状,接着介绍了统计能量分析的基本原理和基本参数以及它们的理论和实验求解方法,利用模态法求解一块矩形简支板并与统计能量结果作对比,以此来印证统计能量的可行性,最后指出该理论的局限性。本文对整流罩进行虚拟实验,依次对子系统施加随机噪声激励,记录整流罩的速度响应和声腔的声压,算出子系统的能量,根据声压级算出声功率。对单个子系统做频响分析,运用模态计数法算出模态密度。将全频段按倍频程分段,将声功率、子系统能量、各频段的中心频率代入到功率流方程中,建立方程组,求出整流罩的内损耗因子和耦合损耗因子。

关键词：统计能量分析声振火箭整流罩内损耗因子耦合损耗因子

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考虑卫星结构的重型火箭整流罩噪声研究

宇航总体技术 2022年第3期6卷 58-67页

作者：赵华乐晨谷小军朱继宏张卫红西北工业大学机电学院西安710072 北京宇航系统工程研究所北京100076 西北工业大学无人系统研究院西安710072

基于统计能量分析(SEA)方法分析了重型火箭超大尺寸整流罩内的中高频噪声响应,为整流罩的降噪设计提供依据。在分析过程中考虑了整流罩内卫星包络结构几何参数和降噪材料参数对噪声响应的影响。首先建立考虑卫星结构的火箭整流罩SEA模... 详细信息

基于统计能量分析(SEA)方法分析了重型火箭超大尺寸整流罩内的中高频噪声响应,为整流罩的降噪设计提供依据。在分析过程中考虑了整流罩内卫星包络结构几何参数和降噪材料参数对噪声响应的影响。首先建立考虑卫星结构的火箭整流罩SEA模型。然后针对卫星复杂的结构形式,提出不同的卫星包络模型,开展了包络模型参数对整流罩内噪声响应的灵敏度分析。结果表明卫星包络结构形式和几何参数对整流罩内噪声响应具有明显的影响,是不可忽视的影响因素。最后通过在整流罩内壁铺设降噪材料,分析各种降噪材料在不同参数下的降噪效果,并给出铺设降噪材料的优化方案。提出的设计方法可以为重型火箭整流罩的降噪设计提供一定理论支持。

关键词：火箭整流罩统计能量分析方法卫星包络模型降噪材料

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复合材料整流罩减振降噪的动力吸振器设计

航空学报 2022年第5期43卷 305-314页

作者：李航行胡迪科吴邵庆东南大学工程力学系南京211189 上海宇航系统工程研究所上海201109 东南大学江苏省空天机械装备工程研究中心南京211189

运载火箭整流罩的隔声性能设计对内部设备的选型、试验和安全运行至关重要。为改善整流罩内低频声振环境,提高整流罩低频段隔声性能,首先,针对复合材料整流罩结构开展力学等效建模;其次,提出一种基于基变换模态空间内降维理论,解决了考... 详细信息

运载火箭整流罩的隔声性能设计对内部设备的选型、试验和安全运行至关重要。为改善整流罩内低频声振环境,提高整流罩低频段隔声性能,首先,针对复合材料整流罩结构开展力学等效建模;其次,提出一种基于基变换模态空间内降维理论,解决了考虑多模态耦合的动力吸振器(DVA)设计问题;最后,基于整流罩等效力学模型开展了动力吸振器位置及材料参数的优化设计。针对某型复合材料整流罩开展仿真研究,验证新方法的有效性。结果表明:针对某型质量为1 177.3 kg的整流罩模型,添加总质量为14.6 kg的动力吸振器之后,0~100 Hz频段内声功率级均方根(RMS)值从254.8 dB降至238.8 dB,设计频段内声振响应被有效控制,声振环境得到改善。

关键词：火箭整流罩纸蜂窝板动力吸振器耦合模态减振降噪降维理论

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整流罩母线形状对脉动压力环境的影响研究

兵工学报 2017年第5期38卷 1020-1026页

作者：赵瑞荣吉利李跃军李海波北京理工大学宇航学院北京100081 中国兵器工业导航与控制技术研究所北京100089 北京强度环境研究所可靠性与环境工程技术重点实验室北京100076

使用隐式大涡模拟方法,研究传统球锥外形、幂次率外形以及冯·卡门外形3种母线形状对整流罩外壁面脉动压力环境的影响。研究结果表明:在跨声速条件下,3种外形都在折角区域产生激波/分离泡干扰现象,从而产生脉动压力的峰值,且峰值位置与... 详细信息

使用隐式大涡模拟方法,研究传统球锥外形、幂次率外形以及冯·卡门外形3种母线形状对整流罩外壁面脉动压力环境的影响。研究结果表明:在跨声速条件下,3种外形都在折角区域产生激波/分离泡干扰现象,从而产生脉动压力的峰值,且峰值位置与时均激波位置基本一致;幂次率外形与冯·卡门外形能够显著减缓该区域的脉动压力环境,均方根脉动压力的极值比传统球锥外形低17%;由于分离点位置前后移动,使得母线折点与分离点之间的流动速度变化剧烈,同样会引起脉动压力的峰值,而冯·卡门母线在折点处过渡均匀,膨胀加速效应较弱,峰值并不显著。通过瞬时流场涡结构以及声压级频谱分析可知:传统球锥外形在折角之前的锥面区域湍流发展较慢,声压级要低于幂次率与冯卡门外形;分离再附后,传统球锥外形涡结构发展迅速,声压级比其他两种外形高出10 d B左右。

关键词：航空、航天科学技术基础学科火箭整流罩母线形状脉动压力大涡模拟外噪声