複雜爆轟波系環境下爆轟聲波形成機理及控制方法研究

《複雜爆轟波系環境下爆轟聲波形成機理及控制方法研究》是依託南京理工大學，由翁春生擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：複雜爆轟波系環境下爆轟聲波形成機理及控制方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：翁春生
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

脈衝爆轟發動機工作過程中產生的持續高強度爆轟聲波直接影響飛行器隱身以及結構聲疲勞等性能，是脈衝爆轟發動機套用研究中的重要難題。本項目專注於爆轟過程複雜波系環境下爆轟聲波形成機理研究。根據爆轟聲波非線性程度將爆轟源外流場合理劃分為近場、過渡區以及遠場區域，採用NPE方程對爆轟源過渡區進行物理建模並研究高精度爆轟聲波數值計算方法，深入探索爆轟波系與爆轟聲波之間相互耦合作用；研究非接觸式雷射吸收光譜測試技術、動態感測器測試方法等爆轟環境多物理場測試手段，結合小波分析等信號處理方法，掌握爆轟聲波形成及特性變化規律；在此基礎上研究爆轟聲波控制技術，最佳化脈衝爆轟發動機結構設計與運行控制參數。研究結果不但將豐富非線性聲學的理論和內涵，拓寬了傳統聲學研究領域，同時還將推動脈衝爆轟發動機技術工程化套用進程，提升以脈衝爆轟發動機為動力系統的飛行器整體性能，提高我國在新一代超音速推進技術中的研發水平。

結題摘要

作為一種動力裝置，瞬間的壓力釋放會引起大幅振動並產生較大噪聲。脈衝爆轟發動機工作過程中產生的持續高強度爆轟聲波直接影響飛行器隱身以及結構聲疲勞等性能。研究並利用PDE爆轟噪聲的物理特性及傳播規律來有效地降低噪聲對相關人員和設備自身的干擾和危害是脈衝爆轟發動機套用研究中的急需解決的問題。本項目針對航空航天與兵器領域爆轟推進技術中爆轟聲波形成及控制機理展開了研究。針對爆轟噪聲形成機理研究，提出將PDE爆轟噪聲聲場劃分為強非線性區、弱非線性區和線性區三個區域，強非線性區傳播採用時空守恆元和求解元方法進行求解，弱非線性區域採用NPE方程進行描述，計算得到了脈衝爆轟聲波形成與發展過程；針對爆轟噪聲特性及組成展開研究，得到了不同角度和傳播距離爆轟噪聲的波形、聲壓級、衰減規律等物理參數，研究表明爆轟噪聲主要由衝擊噪聲和射流噪聲組成，近場噪聲衰減速率與傳播距離三次方成反比，遠場衰減速率與傳播距離成反比，爆轟噪聲頻譜能量主要集中在2kHz以下中低頻段；針對近場及過渡區測試技術研究，提出了基於可調諧半導體雷射吸收光譜技術的流場線上測試技術，研製了一套光纖分散式雷射吸收光譜測試系統，實現對於脈衝爆轟發動機管內和管外燃氣組分濃度、溫度、速度等多參數同步測量。針對爆轟聲波近遠場分界問題，提出了爆轟聲波速度判定方法，確定了近遠場分界點；針對噴管對爆轟聲波的影響展開研究，結果表明噴管能有效減小爆轟噪聲峰值，收斂噴管收斂角度越大指向性越明顯，噴管可減小爆轟噪聲參考半徑，加裝擴張噴管所有頻率下爆轟噪聲信號強度均下降；針對脈衝爆轟發動機噪聲抑制方法，指出收斂擴張噴管降噪效果最好。提出了多管PDE工作同步性主動控制技術，提高了PDE從點火到爆轟波溢出管口所需時間的一致性，進而有效地減小了爆轟聲波的持續時間。研究結果將推動脈衝爆轟發動機技術工程化套用進程，提升以脈衝爆轟發動機為動力系統的飛行器整體性能。