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热颤振地面模拟试验技术

航空学报 2023年第8期44卷 108-119页

作者：陈浩宇王彬文宋巧治李晓东中国飞机强度研究所航空声学与振动航空科技重点实验室西安710065

地面颤振模拟试验是一项以真实飞行器结构作为试验对象,并利用激振器模拟非定常气动力的颤振验证试验技术。本文通过在地面颤振模拟试验的基础上引入热环境模拟设备,进一步研究热颤振地面模拟试验技术。建立了综合考虑多工况的气动插值... 详细信息

地面颤振模拟试验是一项以真实飞行器结构作为试验对象,并利用激振器模拟非定常气动力的颤振验证试验技术。本文通过在地面颤振模拟试验的基础上引入热环境模拟设备,进一步研究热颤振地面模拟试验技术。建立了综合考虑多工况的气动插值点优化方法,然后利用Kriging代理模型构建了适用于时变温度场中结构的非定常气动力降阶模型,同时设计了气动加热环境地面模拟及热环境下结构的激励与响应测试方案,最终基于钛合金机翼模型搭建了热颤振地面模拟试验系统,并对时变颤振边界进行跟踪测试。试验结果表明,在激振力控制器的设计控制频带内试验结果与仿真结果吻合较好,但鲁棒控制器较窄的控制带宽限制了热颤振地面模拟试验的适用范围。

关键词：高超声速飞行器气动加热效应热气动弹性时变颤振边界地面颤振试验

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涡轮叶片耦合疲劳寿命预测与试验验证

航空动力学报 2022年第5期37卷 946-953页

作者：由于徐健燕群张伟郭定文黄太誉中国飞机强度研究所航空声学与振动航空科技重点实验室西安710065

为了解决涡轮转子叶片在温度、离心力和气动/噪声联合载荷作用下的疲劳强度问题,开展了高低周复合载荷谱分解方法和基于高低周载荷的全时域蠕变损伤累积模型研究,提出了同时考虑蠕变损伤、低周疲劳损伤和高周疲劳损伤的耦合疲劳寿命预... 详细信息

为了解决涡轮转子叶片在温度、离心力和气动/噪声联合载荷作用下的疲劳强度问题,开展了高低周复合载荷谱分解方法和基于高低周载荷的全时域蠕变损伤累积模型研究,提出了同时考虑蠕变损伤、低周疲劳损伤和高周疲劳损伤的耦合疲劳寿命预测方法。同时,通过正交载荷解耦和耦合载荷协调加载控制等关键技术的应用,开发了高温环境下的高低周复合疲劳试验平台。最终,基于设计的涡轮叶片模拟件,完成了耦合疲劳寿命预测和试验验证。结果表明:模拟试件的耦合疲劳寿命试验结果分散系数为1.01,耦合疲劳寿命的预测结果与试验结果偏差小于24%,从而验证了疲劳寿命预测模型的正确性,为我国航空发动机热端部件的疲劳强度设计和验证提供了有效的技术途径。

关键词：涡轮转子叶片高低周复合载荷蠕变损伤累积耦合疲劳寿命正交载荷解耦协调加载控制

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切向流条件下短舱单/双自由度声衬实验

航空学报 2020年第11期41卷 332-342页

作者：杨嘉丰薛东文李卓瀚黄太誉徐健中国飞机强度研究所西安710065 航空声学与振动航空科技重点实验室西安710065

使用声学流管实验台对一件双自由度(DDOF)声衬和一件单自由度(SDOF)声衬的声学特性进行对比测试。在最大0.26 Ma切向流速和管道的截止频率之下,采用直接提取法SFM测得声衬的无量纲声阻抗,同时使用双传声器分解驻波法计算声衬安装段管道... 详细信息

使用声学流管实验台对一件双自由度(DDOF)声衬和一件单自由度(SDOF)声衬的声学特性进行对比测试。在最大0.26 Ma切向流速和管道的截止频率之下,采用直接提取法SFM测得声衬的无量纲声阻抗,同时使用双传声器分解驻波法计算声衬安装段管道的传声损失(TL)和吸声系数等,基于声能量理论的传声损失可直观地展示两件被测声衬的吸声性能差异。结果表明在流管声学实验台上,相较于单自由度声衬,双自由度声衬能够有效拓宽声衬的吸声频带,同时共振频率处的传声损失不如单自由度声衬,切向流也会明显改变声衬的共振频率、弱化吸声能力。基于声能量的传声损失和吸声系数也为无等效阻抗的非均匀结构声衬提供了一种声学性能评估方法。

关键词：双自由度声衬流管声传播声阻抗直接提取法传声损失吸声系数

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飞机短舱声衬声学性能实验技术

航空学报 2022年第6期43卷 221-230页

作者：燕群薛东文高翔杨嘉丰黄文超中国飞机强度研究所西安710065 航空声学与振动航空科技重点实验室西安710065

飞机短舱声衬作为飞机降噪的关键手段,其设计的成功与否强烈依赖于声学性能验证实验技术的发展。短舱声衬的声学设计一般分为两个层面,各自关注不同的研究目的与验证对象。在初步设计层面,一般借助声衬声阻抗提取技术对阻抗设计进行验证... 详细信息

飞机短舱声衬作为飞机降噪的关键手段,其设计的成功与否强烈依赖于声学性能验证实验技术的发展。短舱声衬的声学设计一般分为两个层面,各自关注不同的研究目的与验证对象。在初步设计层面,一般借助声衬声阻抗提取技术对阻抗设计进行验证;在详细设计层面,一般使用缩比尺度和全尺寸短舱样件、借助声模态测控技术对整体声学效果进行验证。本文对比了基于双传声器法和直接提取方法发展而来的声衬阻抗提取技术,和基于相位控制阵列方法发展而来的声模态测控技术,以及这两种技术在发动机进排气道声衬设计中的应用。研究结果表明,双传声器法在低频下具有更高的精度,高频范围内双传声器法和直接提取方法的精度均降低,中频范围内双传声器法和直接提取方法的无量纲声阻和无量纲声抗差别小于0.2,均展示了较好的适用性。基于相位精细控制的旋转声模态发生技术研制的发生器能够产生超过10 dB以上的模态分辨率,能够用于测试声衬对多个目标模态的调控效果。为了进一步研究无缝声衬降噪量提升的主要机制,实验中使用模态发生器依次发出单独纯净的声模态,对两型声衬实验件开展对比测试。采用新一代技术研制的无缝声衬相比上一代成型工艺制成的带拼缝声衬在多声模态调控和关键频率处降噪效果提升明显,无缝声衬的整体降噪效果提升5.2 dB以上。

关键词：短舱声衬噪声控制声阻抗声模态阻抗提取

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大型客机驾驶舱/客舱振动舒适性评估

航空学报 2022年第6期43卷 276-284页

作者：李凯翔代承霖张飞白春玉牟让科中国飞机强度研究所西安710065 航空声学与振动航空科技重点实验室西安710065

通过某大型客机飞行测试,获得驾驶舱/客舱典型区域振动环境。根据ISO 2631-1:1997标准规定的频率计权加速度计算方法,对滑跑、起飞、爬升、巡航、下降、着陆和滑行等7种典型状态下,驾驶舱飞行员座椅和客舱前/中/后排座椅位置处的全身振... 详细信息

通过某大型客机飞行测试,获得驾驶舱/客舱典型区域振动环境。根据ISO 2631-1:1997标准规定的频率计权加速度计算方法,对滑跑、起飞、爬升、巡航、下降、着陆和滑行等7种典型状态下,驾驶舱飞行员座椅和客舱前/中/后排座椅位置处的全身振动(WBV)加速度均方根值进行了计算与分析。依据标准中的计权加速度与舒适性等级对照关系,对各状态/各区域的人体振动舒适性进行了评估。结果表明,客舱在不同飞行状态不同区域的振动舒适性等级不同。从飞行阶段来看,在滑跑、爬升、巡航、下降和滑行阶段,所有舱位基本处于“没有不舒适”或“有点不舒适”等级,尤其是占据客机大部分飞行时间的巡航阶段,所有舱位都达到“没有不舒适”等级。但起飞和着陆阶段,所有舱位振动舒适性较差,驾驶舱和后排只得到了“非常不舒适”的评估等级;从舱位分布来看,中排区域的振动舒适性最佳,在大多飞机阶段都达到了“没有不舒适”或“有点不舒适”评估等级。前排区域舒适性也相对较好,只有在着陆阶段降为“不舒适”等级,而驾驶舱和后排相对较差,特别是驾驶舱在滑跑、起飞和着陆阶段,只得到“不舒适”或“非常不舒适”的评估等级。

关键词：飞机舱室振动舒适性全身振动频率计权舒适性评估

飞机螺旋桨低噪声多学科优化设计与试验验证研究

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推进技术 2023年第7期44卷 176-185页

作者：薛东文燕群陈永辉李卓瀚卫凯中国飞机强度研究所航空声学与振动航空科技重点实验室陕西西安710065

为进一步降低飞机螺旋桨气动噪声,针对飞机螺旋桨开展综合考虑气动、噪声和结构强度的低噪声多学科优化设计与试验验证。采用基于涡格法的升力面理论进行螺旋桨气动性能计算,基于Hanson频域远场噪声计算方法进行螺旋桨远场噪声评估,2种... 详细信息

为进一步降低飞机螺旋桨气动噪声,针对飞机螺旋桨开展综合考虑气动、噪声和结构强度的低噪声多学科优化设计与试验验证。采用基于涡格法的升力面理论进行螺旋桨气动性能计算,基于Hanson频域远场噪声计算方法进行螺旋桨远场噪声评估,2种计算方法都通过与试验对比验证精度,由此组成螺旋桨气动-噪声联合算法;以桨叶沿叶高分布的弦长、安装角和侧掠为设计变量,充分考虑桨叶结构强度对设计变量的约束,以螺旋桨推力、效率不降低和远场噪声降噪最大为优化目标;优化桨叶通过了离心载荷试验、气动载荷试验、动态特性试验等强度试验;在气动声学风洞内完成了气动与声学性能验证,优化螺旋桨相比原始桨气动性能基本保持不变,优化螺旋桨在设计工况的1阶离散分量处的远场气动噪声峰值降低2.7dB,较小推力下降噪量最高可达4dB,2阶离散分量处也有明显的降噪效果。提出的方法同时满足气动、噪声和结构强度要求。

关键词：螺旋桨气动气动噪声多学科设计试验

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短舱耐温声衬声学试验系统设计与试验研究

推进技术 2022年第12期43卷 33-39页

作者：霍施宇徐健燕群中国飞机强度研究所航空声学与振动航空科技重点实验室陕西西安710065

为了研究耐温声衬的声学特性,针对发动机短舱耐温声衬的应用环境,设计并研发了能够基本模拟风扇噪声、切向流和高温等典型工况特征的耐温声衬声学性能试验系统,设计频率为0.5~16kHz,最大声压级为140dB,最大周向模态为10阶,最大切向流速... 详细信息

为了研究耐温声衬的声学特性,针对发动机短舱耐温声衬的应用环境,设计并研发了能够基本模拟风扇噪声、切向流和高温等典型工况特征的耐温声衬声学性能试验系统,设计频率为0.5~16kHz,最大声压级为140dB,最大周向模态为10阶,最大切向流速度为0.7Ma,最高背板加热温度为200℃。提出了耐温声衬声学性能试验方法,对钛合金环形耐温声衬开展了声学试验,验证了试验系统并获得了背板加热和切向流对声衬降噪特性的影响规律,研究结果表明:声衬背板加热和声衬表面切向流都会导致耐温声衬降噪性能衰减,当背板温升至200℃时,降噪量降低7.5dB,当切向流速度增加至0.3Ma时,降噪量衰减13.7dB。

关键词：短舱耐温声衬声学试验切向流温度梯度

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全尺寸短舱排气道声衬声学设计与试验验证

航空学报 2022年第6期43卷 512-520页

作者：霍施宇杨嘉丰邓云华燕群中国飞机强度研究所航空声学与振动航空科技重点实验室西安710065 中国航空制造技术研究院航空焊接与连接技术航空科技重点实验室北京100024

针对排气道声衬应用环境,提出了一种适用于短舱排气道声衬的声学设计方法,利用有限元方法建立了排气道声衬声阻抗参数优化模型,根据设计工况和结构约束条件,设计并制备了一套全尺寸排气道内壁声衬试验件。为了验证排气声衬的声学设计方... 详细信息

针对排气道声衬应用环境,提出了一种适用于短舱排气道声衬的声学设计方法,利用有限元方法建立了排气道声衬声阻抗参数优化模型,根据设计工况和结构约束条件,设计并制备了一套全尺寸排气道内壁声衬试验件。为了验证排气声衬的声学设计方法,研发了频率范围500~16000 Hz、最大周向15阶模态的全尺寸声衬声学试验平台用以模拟风扇后传噪声特征,分别进行了声衬条件和固壁条件下辐射声场3 m和5 m处的指向性测试,获取了500~1500 Hz频率范围内的降噪量,试验结果表明设计声衬在950、1000 Hz频率点的降噪效果最优,充分验证了声衬设计的准确性。分析了设计工况下的声衬在3 m和5 m处辐射声场指向性的声压级分布,试验结果表明0°~90°范围内的最大降噪量分别为10.44 dB和7.21 dB。提出的排气道声衬声学设计与验证方法可为发动机短舱排气道声衬设计与验证提供重要技术支撑。

关键词：发动机短舱排气道声衬声学设计声学试验降噪量辐射声场

一种适用计算声学问题的网格间断人工黏性分布策略

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振动与冲击 2019年第11期38卷 95-100页

作者：王鑫余培汛杨海潘凯中国飞机强度研究所航空声学与动强度航空科技重点实验室

在计算声学数值模拟过程中,当空间离散采用高阶有限差分格式时,在网格间断处易出现短波发散问题,易污染整个计算域的数值解。针对该问题,在对称模板DRP格式的基础上,探索了曲线坐标系下交界面、奇异点等间断处人工黏性添加策略;经过初... 详细信息

在计算声学数值模拟过程中,当空间离散采用高阶有限差分格式时,在网格间断处易出现短波发散问题,易污染整个计算域的数值解。针对该问题,在对称模板DRP格式的基础上,探索了曲线坐标系下交界面、奇异点等间断处人工黏性添加策略;经过初始扰动绕圆柱传播算例的计算对比分析表明:声波随着时间推移,向空间逐步散开;当声波到达圆柱时,声波会发生部分反射现象,形成二次声源向空间传播,整个计算过程中未出现计算发散现象。研究结果表明,提出的人工黏性分布策略能有效解决间断处短波发散问题,为复杂构型的声场模拟提供技术支撑。

关键词：短波网格间断声波人工黏性圆柱