《反旋流向渦的渦聲機理及翼型/葉片仿生降噪方法研究》是依託北京航空航天大學，由景曉東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：反旋流向渦的渦聲機理及翼型/葉片仿生降噪方法研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：景曉東
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
深入探索自然界“安靜飛行”的氣動聲學機理對於航空降噪技術突破當前瓶頸具有十分重要的意義。本項申請旨在通過機理研究，針對外流中孤立翼型和內流中動/靜干涉噪聲問題，發展一種新的不直接模仿鷹類生物結構的仿生降噪方法。其主要思想是利用渦發生器對邊界層渦結構進行調控，在翼型/葉片尾緣生成反旋流向渦的特殊形態。這將提供兩方面可能性：一是降低翼型上渦誘導的脈動力聲源，二是使上游葉片尾跡得到抑制，減小其對下游葉片的非定常衝擊。另外，針對目前鋸齒尾緣機理不清的問題，提出了一種與以往不同的研究策略，將使用渦發生器的直尾緣翼型與鋸齒尾緣翼型進行對比，以探明鋸齒的作用主要在於抑制聲衍射還是流動調控。根據研究需要，將建立一種渦聲預測模型，由浸入式邊界大渦模擬方法和聲擾動方程分別進行流場和聲場計算。在實驗上將採用PIV技術測量流場，並開展精確的聲學測量。擬開展研究也有助於渦聲理論對於流動內部渦發聲細節的深入探討。
結題摘要
近二十多年以來，民機降噪技術一直面臨發展瓶頸，這方面的迫切需求極大促進了國內外仿生降噪方法的研究。本項目提出的方法不是直接模仿自然界的生物結構，而是以微小型渦發生器產生反旋流向渦，對繞流體的流動進行重新組織，從而達到降噪的效果。在理論模型方面，提出和發展了一種結合離散渦方法（Discrete Vortex Method）和聲擾動方程（Acoustic Perturbation Equation）的DVM-APE時域混合模型，可定量預測物體繞流中大尺度相干渦結構產生的氣動噪聲。DVM-APE模型對平板尾緣脫落渦噪聲的預測結果與已有實驗吻合，並揭示了噪聲強度與來流馬赫數的5.5次方成正比、與平板厚度呈線性依賴關係的規律。這一模型為研究如何採用反旋流向渦發生器控制尾緣噪聲提供了思路。在實驗研究方面，設計、建造了一種新式閉口透聲風洞，有效地克服了傳統開式風洞由射流剪下層帶來的額外背景噪聲，為開展仿生降噪方法研究提供了可靠的實驗平台。首先，考慮到以往大多實驗是在零攻角下測量齒形尾緣的降噪效果，本次實驗對不同攻角的影響進行了研究。結果表明，齒形尾緣在零攻角下能有效降低翼型寬頻自噪聲，這與已有研究一致；但是當有攻角時，齒形尾緣在多數工況下反而增加了翼型噪聲，由此使我們看到了其局限性。為了深入研究本項目所提出方法的可行性和潛力，設計了多種不同尺度、不同參數的導葉式反旋流向渦發生器，針對圓柱和翼型繞流噪聲開展了仿生降噪方案的實驗研究。圓柱是典型的鈍體；本項研究表明，亞邊界層尺度的渦發生器比更大尺度的渦發生器效果更優，不管單側還是雙側安裝於分離點上游，都能幾乎完全消除圓柱繞流的純音噪聲。同時在整個測量頻率範圍內，圓柱繞流噪聲的寬頻成分也得到了明顯抑制。而對於翼型噪聲來講，在翼型尾緣上游雙側安裝渦發生器同樣幾乎能完全消除中等雷諾數下的寬頻組合純音；對高雷諾數下的寬頻尾緣噪聲也有一定抑制效果。機理分析的結論是，在尾緣上游按一定排布生成反旋流向渦，能有效地破壞掉大尺度相干渦結構或者消除邊界層不穩定波，這些都是造成離散純音的源；同時也能降低流經尾緣的湍流渦結構的展向相關性，使得寬頻噪聲也得到抑制。
