涵道尾桨噪声辐射特性研究

通过理论和试验对涵道尾桨噪声辐射特性进行了研究.建立了涵道尾桨气动噪声的频域分析方法,采用面元-涡流理论计算涵道尾桨的气动载荷,采用Farassat 1A公式计算尾桨的自由声场噪声,涵道的声学散射效应通过频域的边界元法进行计算.通过对试验结果的分析研究了涵道尾桨噪声的辐射特性,并且利用试验结果对理论分析方法进行了验证.     

分布式涵道尾桨气动噪声特性研究

为研究新型分布式涵道尾桨噪声特性，建立了基于滑移网格和可穿透积分面的分布式涵道尾桨气动、噪声特性分析方法并验证了方法的有效性。流动控制方程采用非定常雷诺平均N-S方程，空间离散采用二阶逆风Roe格式，时间推进方法采用隐式LU-SGS格式，湍流模型采用S-A一方程湍流模型，噪声求解方法采用FW-H方程。基于建立的方法，对比分析了传统变总距孤立尾桨和电动变转速多涵道尾桨气动与噪声特性。结果表明：相同气动力状态下，相比于变总距孤立尾桨，在尾桨噪声主要影响方位（桨盘平面内），三涵道尾桨噪声降低5～6 dB。随着转速降低，分布式涵道尾桨噪声声压级逐渐降低。     

直升机旋翼干扰对尾桨气动噪声影响的数值研究

采用基于运动嵌套网格的CFD方法来模拟直升机旋翼/尾桨气动干扰流场,为旋翼/尾桨干扰噪声的计算提供准确的非定常气动力,并采用FW-H方程来计算干扰状态下的尾桨气动噪声。采用建立的计算模型,针对不同飞行状态下的尾桨噪声特性进行数值模拟,分析了旋翼尾流对尾桨气动噪声的干扰特性,并着重研究了尾桨重要的设计参数——旋转方向和垂向位置对尾桨噪声的影响规律。计算结果表明:悬停时,旋翼对尾桨的气动干扰影响会导致尾桨的噪声水平有所增加,但不会发生显著的变化;前飞时,旋翼干扰对尾桨噪声影响较大,且旋转方向和垂向位置对干扰噪声特性具有重要影响。     

悬停状态直升机剪刀式旋翼的试验研究

为了研究剪刀式旋翼的气动特性 ,在 2m直升机旋翼模型试验台上进行了试验研究。试验中采用了新研制的高精度旋翼天平和扭矩天平测量系统以及动态数据采集和处理系统 ,以确保试验结果的可靠性。作为对比 ,笔者首先针对普通尾桨进行了试验 ,给出了旋翼拉力和扭矩随总距角变化的试验结果。然后 ,着重进行了剪刀式旋翼的试验 ,测量了旋翼的拉力和扭矩随不同的剪刀角的变化 ,并对不同旋翼间距对旋翼拉力和扭矩的影响进行了对比。结果表明 ,剪刀式旋翼的剪刀角和旋翼间距影响尾桨拉力大小 ,但对扭矩的影响不大。     

子波变换平滑的混沌信号检测

将近几年兴起的子波变换、分形理论应用于带观测噪声混沌信号的检测。基于快速子波变换导出了平滑算子，将其对时序信号进行处理，并根据它在一定的尺度范围内具有标度不变的性质，利用改进的Ｇ－Ｐ算法计算其分数维数，对带有观测噪声的Ｌｏｒｅｎｚ吸引子波的混沌运动进行了检测。实验结果表明，该方法具有较好检测混沌现象的能力。     

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。     

直升机悬停时涵道尾桨的需用功率计算

涵道尾桨是将一螺桨置于直升机尾斜梁的涵道中，通过改变螺桨叶片的安装角实现直升机的航向操纵。为了弄清涵道尾桨的拉力（或推力）和需用功率之间的关系，本文根据Ｒ·Ｋｒｉｅｂｅｌ关于薄圆柱涵道螺旋桨的研究结果，用叶栅理论分析了涵道尾浆的气动特性，并将动量理论、叶素理论和叶栅理论结合起来，推导出直升机悬停时的涵道尾浆的需用功率计算公式。最后计算了ＳＡ３６５Ｎ直升机涵道尾浆和Ｂｅｌｌ－２２２直升机常规尾桨在产生相同拉力时的需用功率，并对计算结果作了对比分析。     

斜置尾桨对直升机飞行特性的影响

基于叶素理论建立了斜置尾桨的数学模型,以UH-60A直升机为对象,计算了平飞配平特性,并与试飞结果进行对比,完成了对模型的验证。验证结果表明,所建的斜置尾桨模型合理准确,能满足工程精度。本文从直升机悬停需用功率研究了尾桨斜置角的设计,计算了不同尾桨斜置角对直升机悬停需用功率的影响,得出UH-60A直升机的尾桨斜置角优化值为20~25°。通过计算和对比斜置尾桨与常规尾桨直升机的平飞配平特性,得出尾桨斜置主要影响直升机的纵向配平特性。最后,对斜置尾桨的利与弊进行了一些讨论。     

摇臂式起落架结构件气动噪声试验研究

在航空声学风洞中进行了摇臂式起落架结构件的气动噪声试验,获取起落架结构件气动噪声的频谱特性曲线,研究了起落架的噪声产生机制和噪声源特性.通过对起落架局部构型的调整,探索降低起落架噪声的方法.结果表明:摇臂式起落架部件辐射的噪声随着来流速度的增加而增大;噪声频谱呈现宽频的特性,频谱中具有明显的优势频率;噪声源具有偶极子声源性质,且具有一定的指向性;噪声频谱中所包含的某种纯音成分为起落架上某些孔洞所致的自激振荡噪声;封堵起落架上的这些孔洞或者减小起落架的长度能降低噪声声压级.     

单旋翼式直升机气动布局的几个问题

通过对某型号直升机气动布局设计，介绍了在直升机总体设计中选择直升机气动外形，平尾和尾桨的参数及益的一些基本方法。文中还介绍了对应的风洞试验结果，并将其与理论计算结果进行对比。实例应用证明，该方法是十分有效的。     

旋翼转速变化对直升机需用功率、配平、振动及噪声的影响分析

建立了适用于变转速旋翼直升机的综合分析模型,该模型可用于综合分析直升机稳态飞行时的旋翼需用功率、全机配平操纵、旋翼桨毂振动水平与旋翼气动噪声。并且使用UH-60A"黑鹰"直升机的飞行试验数据及相关研究结果验证综合分析方法的准确性。在此基础上,分析旋翼转速变化对旋翼需用功率、全机配平操纵、旋翼桨毂振动水平与旋翼气动噪声的影响,从而为转速优化设计提供依据。结果表明,改变旋翼转速会导致上述4个特性同时发生明显变化,而在本文算例中适当地降低旋翼转速可最多降低19.2%的旋翼需用功率与6.7%的旋翼气动噪声,但是却会造成旋翼操纵受限和旋翼桨毂振动增加的不良后果。     

Simulation on Helicopter Scissors Tail-Rotor Noise Based on N-S Equations and F1AFormulas

Aiming at the noise of helicopter scissors tail-rotor,an advanced numerical method is established by combining computational fluid dynamics(CFD)model with Farassat 1 A(F1 A)formula.In this method,Navier-tokes(N-S)equations are used as governing equations,and the flow field is solved at quasi-steady and unsteady states in hover and forward fight,respectively,based on two different types of embedded grid systems.A simple and effective solution approach is provided for the generation difficulty of donor cells caused by the close gap among scissors tail-rotor blades.Using the CFD calculation results as input,the thickness noise,loading noise and total noise of tail-rotor are calculated by F1 Aformula.By the method,numerical examples on rotor flowfield and noise are performed and the results are compared with available data.Then,aerodynamic and acoustic characteristics of scissors tail-rotor are emphatically calculated in both hover and forward flight.Furthermore,the research on the effects of blade-tip shape parameters on scissors tail-rotor noise is carried out.Also,the scissors tail-rotor is compared with the conventional tail-rotor,and the results show that in hover,the noise of a scissors tail-rotor is not always the smaller one.     

桨尖下反对旋翼BVI噪声特性的抑制分析

基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法,分析研究了新型下反桨尖对前飞状态旋翼桨/涡干扰(Blade-vortex interaction,BVI)噪声特性的影响。首先,通过求解Navier-Stokes方程获得准确的噪声声源信息,湍流模型采用一方程S-A模型。采用双时间法进行时间推进,为了提高流场的收敛速度,在伪时间方向上使用高效的隐式LU-SGS格式推进,并采用并行算法进行加速。然后,在获得的可靠声源信息基础上,采用基于FW-H方程的Farassat 1A公式求解噪声。对有试验结果的算例进行了对比计算分析,验证了本文噪声预测方法的有效性。在此基础上,针对具有典型BVI噪声特征的前飞斜下降状态,开展了不同下反角度桨尖新型旋翼噪声辐射特性的计算分析,通过噪声辐射球的对比结果表明,选择适当的下反桨尖,可以有效地降低前飞斜下降状态下旋翼BVI噪声,从而达到较好的旋翼噪声抑制效果。     

直升机尾桨定常载荷噪声的工程计算方法

对尾桨载荷噪声的预测方法进行了研究。尾桨载荷噪声用偶极子声源来描述;预测方法采用谐波法,即将尾桨载荷沿桨盘周向的周期性分布展开成各次谐波载荷的傅里叶级数形式,并代入用偶极子声源描述的声辐射公式中,从而求出尾桨桨盘外某观察点的声压级。理论推导和计算比较表明,在预测直升机尾桨定常载荷噪声时,其误差大小取决于算法中桨叶弦向载荷分布的数学描述与实际弦向载荷分布的吻合程度,并证明选取某种与实际弦向载荷分布较为相似的斜抛物线形来预测噪声误差很小。因此,可以将弦向实际载荷分布用某种弦向斜抛物线形载荷分布来代替,从而避免了计算桨叶实际载荷分布所带来的麻烦。最后,结合实际算例,对本文算法所产生的误差作了比较分析,并总结出了一个误差判据,从而使得本文算法能应用于直升机尾桨定常载荷噪声的工程计算。     

直升机气动噪声研究进展

对直升机气动噪声的研究进展进行了综述,内容包括试验技术、理论分析方法和噪声抑制技术。声学风洞试验是直升机气动噪声研究的基本手段,其中非定常载荷测试、流场显示和声源定位等先进测试技术已实现应用;飞行试验在直升机噪声适航标准完善和噪声控制技术研究等方面已成为必不可少的研究和验证手段。直升机气动噪声的理论体系不断完善,包括声类比法、Kirchhoff/CFD 混合法等旋翼气动噪声分析方法都已形成分析程序,成为直升机研发的有效工具。直升机气动噪声的抑制仍然以旋翼桨尖设计为主,飞行轨迹优化、旋翼噪声主动控制等新技术已实现飞行验证,但尚未进行型号应用。在用户和市场需求的推动下,在新型直升机的研发中,引入气动噪声的抑制技术将是必然的发展趋势。     

直升机技术发展的若干问题

讨论了直升机技术的发展及现状。首先，简要介绍了直升机技术研究的主要内容，然后讨论了其中的几个方面，包括：旋翼载荷预估、旋翼气动弹性分析、复合材料结构动力学、旋翼噪声预估。讨论着重于分析模型，分析方法和参数敏感性，借以反映当前直升机技术研究的现状，并探索进一步的研究方向。此外，文中还强调了分析预估与试验结果吻合关系分析的重要性。     

带先进桨尖的模型旋翼悬停噪声计算与试验

为进行旋翼噪声水平对比，在全消声室开展了3副不同下反角桨尖模型旋翼噪声试验研究，完成了悬停状态下不同总距和不同观测点上的噪声测量试验，获得了多组噪声数据。数值计算方面，以RANS方程为主控方程求解旋翼流场气动信息，在获取精确声源信息的基础上，基于FW-H方程进行噪声计算和分析。在相同的状态下，计算结果与试验结果显示出较好的一致性，表明了本文数值方法的准确性。最后，根据试验结果，对比分析了不同下反角桨尖对旋翼气动 噪声特性的影响规律。