现代航空声学风洞技术现状与发展

随着航空运输业的发展,飞机的噪声问题日益引起人们的关注.开展航空声学试验研究的地面试验设备主要是航空声学风洞.笔者阐述了大型航空声学风洞的发展,介绍了目前世界上主要的大型航空声学风洞的性能和特点.指出了在航空声学风洞设计中,试验段构型和参数的选择以及试验大厅布置等应考虑的主要问题.论述了风洞的主要噪声源及声学处理技术.阐述了航空声学风洞中声学测量技术的发展.结论指出,目前专用航空声学风洞的背景噪声比常规气动风洞低5～25dB,而第二代汽车/航空声学风洞的背景噪声又比第一代航空声学风洞下降10～15dB.在建造现代航空声学风洞的同时,航空声学风洞中声学测量技术得到了迅速发展.突出的例子是相阵麦克风技术的开发与应用.     

基于声学风洞的麦克风阵列测试技术应用研究

根据声学风洞气动噪声试验研究的需求,介绍了一种适用于声学风洞试验的麦克风阵列测试技术,并针对声学风洞的特点,利用风洞射流剪切层修正方法,提高了麦克风阵列识别声源的精准度.通过数值仿真和在0.55m×0.4m声学风洞的试验研究,验证了麦克风阵列测试系统和麦克风阵列数据处理方法识别声源的能力.研究结果表明所采用的麦克风阵列测试技术可用于声学风洞试验.最后还采用36通道的麦克风阵列在0.55m×0.4m声学风洞开展了NACA23018翼型气动噪声试验研究,试验明显地观察到翼型后缘噪声,获得不同迎角下翼型的噪声特性.     

风洞声学测量系统研制

作为5.5m×4m 大型低速航空声学风洞的重要组成部分,声学测量系统主要用于准确识别试验模型气动噪声产生的区域,同时完成不同条件下的风洞背景噪声测试。根据国内外声学测量技术的现状,结合气动声学试验的特殊要求,研制了一套高性能的声学测量系统,用于完成气动噪声源定位和风洞背景噪声的准确测量。试验结果表明,该测量系统能够满足风洞声学试验的测试要求。分布式测试结构提高了系统的可靠性和信噪比;即插即用测试技术的应用有效减少了系统的搭建、配置和编程工作,提高了系统的灵活性和可配置性;多线程并行处理算法的设计和 TDMS 技术的使用实现了153.6MB/s 的数据实时流盘,同时构建的分组存储技术为海量数据的有序存储和快速检索提供了保证。     

运载火箭整流罩内声场填充因子研究

本文阐述了填充效应的定义及研究的必要性;根据声学基本理论,推导了整流罩内声场的理论填充因子;根据某型号运载火箭实际整流罩,设计加工了缩尺寸模拟整流罩及三种有效载荷模拟星,运用SEA和FE-SEA混合方法,数值计算得到仿真填充因子;开展了整流罩噪声试验,测量不同填充状态内声场的分布,处理得到试验填充因子,对比理论结果与仿真结果,验证总结了填充效应的一般规律。     

基于无限元方法的直升机外部噪声仿真分析

为了准确地模拟直升机飞行中的外部噪声,建立了耦合计算流体力学/计算气动声学(Computational fluid dynamics/Computational aeroacoustics,CFD/CAA)的直升机机外噪声预测方法。气动计算采用CFD方法模拟旋翼、尾桨气动力以及气动干扰;噪声计算采用声学无限元方法,考虑固体边界的声散射效应和大气传播中的声衰减特性。以AC311A直升机为例,开展适航规范要求下的飞越噪声计算和分析。飞行试验结果对比分析验证了本文方法能够有效地用于直升机机外噪声的评估与分析。最后进行了误差分析,为直升机外部噪声评估算法和仿真模型的优化提供参考。     

飞行器脉动压力的CAA方法研究

本文采用CAA(Computational Aero Acoustics,CAA)计算气动声学方法,对来流马赫数范围0.7至1.0的飞行器边界层及近场流动开展了数值模拟研究,并对飞行器头部表面压力脉动信号做出了频谱分析。本项研究发展了高精度的计算气动声学数值模拟技术,对于后续从计算气动声学角度开展脉动压力研究具有一定的指导意义。     

脉冲爆震发动机试验室消声系统研究

为了改善脉冲爆震发动机(Pu lse detonation eng ine,PDE)试验室噪声向周围环境辐射、传播的现象,研究了消声装置设计方法,建立了进气、排气消声室系统,采用数值模拟和试验的方法,成功地将PDE试验室向外辐射、传播噪声降低30dB(A)以上,达到了降噪目的,已接近该处的本底噪声。通过数值模拟的方法获得消声室内流场的分布,分析了气流对消声器的声学性能影响,试验验证了从传播途径上降低PDE试验室向外辐射、传播噪声的方法是非常有效的,极大地减少了脉冲爆震发动机试验造成的噪声污染。     

航空声学风洞的声学设计研究

随着航空运输业的发展,飞机的噪声问题日益引起人们的关注.开展航空声学试验研究的地面试验设备主要是航空声学风洞.笔者阐述了航空声学风洞声学设计的基本要求、应考虑的主要问题,提出了航空声学风洞声学设计的方法等.并将这些研究成果应用于引导风洞研制中,得到了在开口试验段风速80m/s时,气流外2m测点处背景噪声76.5dB(A)的结果.     

声衬试验段环境下航空声学定位试验技术研究

针对在风洞闭口试验段对 C919、MA700等民机进行航空声学定位试验的需求,首先采用声衬试验段、波束形成麦克风相位阵列算法、对角移除反卷积方法和声压级积分方法等措施,解决闭口试验段存在的背景噪声较高、气流对麦克风测量干扰问题,然后采用 MA60飞机模型进行了验证性风洞试验。风洞试验结果表明,声衬试验段有利于在闭口试验段内安装传声器相位阵列、传声器线阵等测量设备,同时背景噪声较常规闭口试验段显著降低,降噪量达5~10dB;MA60飞机模型航空声学定位试验结果量级合理、规律正确,主要声源集中在襟翼位置。这表明,在 FL-9风洞闭口试验段建立了航空声学试验环境和噪声源定位试验技术,可以承担机体气动噪声定位、降噪技术验证等民机型号研制急需的航空声学试验。     

气动噪声风洞试验技术发展概述

在大量查阅国内外相关技术文献的基础上,对风洞声学试验技术的发展历程进行了分析与总结,并对目前试验的两大关键技术领域——声学风洞与麦克风相阵列作了比较详细的介绍与讨论.通过对国内外气动噪声试验技术状况的调查研究,充分阐释了目前中国发展该项技术的必要性和迫切性,并提出了相应的建议.     

声激励增升机理研究

提供了内部声激励增升机理的试验及数值研究结果,风洞试验就二元后台阶模型、平板、ＮＡＣＡ００１２翼型分别在两座不同的低速风洞中完成,试验和数值研究表明内部声激励能有效控制模型表面气流分离,有明显的增升效果,并从试验和数值计算两方面对声激励增升机理进行了较深入的探讨。     

封闭空腔声学特性研究

研究封闭空腔结构在声激励下出现的流固耦合问题,难点和关键点是弄清封闭空腔的声学特性。建立封闭空腔的有限元模型,根据空气的物理特性和空气中的音速,计算得到封闭空腔的声学固有频率;试验采用点声源装置、随机信号激励,采集时域数据进行功率谱分析,由频谱图得到共振频率,即封闭空腔的声学固有频率。比较并分析试验值与计算值,二者相吻合,对于轴向声学频率,有限元计算相对准确。     

运载火箭整流罩内声场空间相关特性研究

运载火箭起飞段发动机喷流经过导流槽、发射台产生的噪声载荷会对地面发射设备造成一定的破坏,由噪声引发的振动对于运载火箭自身也会造成严重影响。总声压级、声功率谱密度及空间相关系数3个参数可描述完整的噪声场,但空间相关系数关注很少。由于空间相关特性的差异,同一声压级不同性质的噪声场在结构上产生的振动响应不同。从噪声场空间相关的基础理论出发,给出了空间相关理论曲线,研究了混响室空间相关特性;以某型号运载火箭整流罩为研究对象,开展星箭系统级噪声试验,获取了运载火箭表面声场分布规律,并基于试验数据研究了空间相关归一化表征方法,对比分析了混响室和整流罩内声场特性,结果表明整流罩内声场与混响声场空间相关特性接近,为运载火箭载荷与环境设计提供输入,为整流罩及有效载荷噪声环境试验方案设计提供支持。     

热噪声复合环境下飞行器结构动响应预示技术研究进展

高超声速飞行器在巡航/再入阶段经历着严酷的气动力/热/噪声等复合环境,严重威胁着结构的完整性和可靠性。严酷的热环境会显著改变结构的整体和局部模态特性,出现模态跳跃和丢失;当与噪声载荷共同作用时,结构动态响应出现突弹跳变现象,表现出强非线性特征,因此热噪声复合环境下结构动响应预示面临严峻挑战。本文综述了热噪声复合环境动响应预示技术的发展过程,对比分析了目前热噪声动响应预示技术的优势与不足,对于未来高超声速飞行器、可重复使用运载器等载荷环境条件制定和结构优化设计均具有重要意义。     

强声条件下管道气体流动特性的研究

用实验手段研究强声场对管道内气体流动的影响。通过声强、频率的变化得到了一系列流动特性的变化，从而证实了强声场诱发湍流的存在，有助于进一步开展声凝聚的研究。     

基于波叠加方法的可视化声源识别

介绍了一种基于波叠加方法的可视化声源识别技术。应用波叠加基本理论,采用Burton-Miller型组合层势法或复数失径方法克服解的非惟一性问题,并通过Tikhonov正则化方法求解这一反问题。对两脉动球声源和两摆动球声源进行数值仿真,并与解析解进行对比,仿真结果可以很好地识别出两声源的位置。另外,稳健性分析结果表明该方法具有较好的稳健性。最后,通过实验进一步验证了波叠加方法用于声源识别的可行性。     

基于参量阵的声波定向发射系统的设计与实现

通过对声学参量阵及非线性声学的研究,设计出具有良好定向性的声波发射系统,并通过实验的方式对定向性能、参量阵参数进行验证和分析。     

基于声发射技术的搅拌摩擦焊接工具磨损监测

为在线监测搅拌摩擦焊接过程工具磨损状态,本文基于虚拟仪器技术设计了一套声发射在线监测系统,结合声发射传感器、数据采集卡及信号调理器实现了对搅拌摩擦焊接加工过程中声发射信号的采集。实验中采用带有螺纹的搅拌针工具来焊接7075铝合金,并利用自主开发的在线监测系统采集焊接过程中的声发射信号。然后对采集到的声发射信号进行小波包分解处理,计算分解后各频段能量所占百分比,并提取能量分布规律作为信号特征。研究表明:搅拌摩擦焊接工具在不同磨损情况下具有不同的声发射信号特征,小波包分解处理表明搅拌头磨损轻微时,低频段能量占比较高;相反,搅拌头磨损严重时,低频段能量占比较低。     

自然状态及声激励状态下轴对称尾流的流动显示结果(英文)

流动显示演示了轴对称钝体前缘分离剪切层中Kelvin－Helmholtz不稳定波的演化发展情况。声激励状态下的流场结构与自然状态相比发生了很大的变化，分离剪切层与外加声激励的相互作用蕴含着魔鬼台阶现象，该现象经常在两个根子相互耦合的动力系统中产生。     

噪声试验技术在高超声速巡航飞行器研制中的应用前景

针对高超声速巡航飞行器的特点,重点对高超声速巡航飞行器特有的声载荷环境下需进行的几项典型噪声试验技术进行阐述,包括试验目的、试验条件和试验方法等.同时列举了各项试验技术在产品研制中的应用实例,概述了相关试验技术在高超声速巡航飞行器研制中的应用前景.