变截面风扇管道快速声散射计算

针对航空发动机消声短舱声学设计的需要,发展了一种结合快速声散射和直接边界元计算发动机远场声散射的方法,用于计算包含了壁面声阻抗影响的复杂截面管道声散射问题.应用该方法针对某风扇实验台进行了管道消声的数值模拟,得到了远场声散射结果,进行了声衬声阻抗影响的计算,并通过与文献结果的对比表明该方法具有工程应用价值.      

有限厚度变截面管道噪声的数值研究

为了研究航空发动机消声短舱声传播的物理机制,采用快速声散射方法计算管道风扇远场散射问题,使用该方法不但可计算变截面管道风扇的噪声,还可计算有限厚度对声散射的影响.通过数值模拟分析了两种不同简化管道形状(等截面圆管、变截面圆管)中管道厚度对散射声场的影响,当管道厚度超过半径的2%时,管道厚度对散射声场的影响不能忽略,研究成果为声学预测中管道厚度的选择提供了参考依据.      

一种可用于声衬优化设计的管道声传播有限元模型

以航空发动机消声短舱声学设计为目标, 发展了一种管道声传播有限元模型, 它包含了壁面声阻抗、管道截面积和形状变化、以及管内非均匀流动等典型影响因素.应用该模型针对一种真实的高速转子声源进行了管道消声的数值模拟, 不仅得到了细致的管内声场分布情况, 更利用其快速的特点完成了声衬声阻抗的优化计算.结果表明该模型具有工程应用价值.      

一种新的有限长等截面航空发动机短舱声学模型及数值结果

基于航空发动机短舱声学设计的需要,发展一种与以往工作不同的有限长管道声学模型声场的计算方法——直接边界元和传递单元法相结合。本方法对管道内部几何条件和声衬的敷设情况有更少的限制,可以很好地用于分段声衬的优化设计,并且提供求解有限长变截面管道声学模型的基础。     

考虑变截面影响的航空发动机短舱声学模型及数值结果

针对航空发动机短舱声学设计的需要,发展一种快速计算方法——传递单元法(TEM),并与直接边界元方法相结合,计算发动机远场声辐射。TEM以等价分布源方法为基础,该方法的优势在于易于计算变截面管道内的声传播,同时,对管道内部声衬位置及长度没有任何限制。给出更接近于真实发动机形状的声辐射算例。     

基于传递单元方法的局域反应声衬设计与试验

航空声衬的优化设计是指在发动机管道结构内铺设具有最优阻抗的声衬,以达到最大降噪效果,此过程一般需要对目标进行全尺寸的模拟计算。应用传递单元方法对单级低速轴流压气机试验台进行局域反应声衬的优化设计,并进行声衬消声效果的试验验证。试验结果显示,在设计频率下局域反应声衬对目标模态有良好的降噪效果,传声损失达到44.01 dB,而且具有一定的宽频降噪特性。利用传递单元方法计算的传声损失与实际测试结果趋势一致,声衬的实际降噪效果满足设计需求。研究表明,传递单元方法作为一种快速声学计算方法,适用于管道声传播的全尺寸理论评估,能够有效降低航空声衬的设计周期和成本,适合于工程应用。     

基于有限元/边界元耦合方法的管道进口声传播及声辐射模型

发展了一种基于有限元和边界元耦合方法的管道进口声传播及声辐射计算模型.该模型将整个声场分为内部有限域和外部无界域,分别用有限元和边界元方法求解控制方程,在两者之间的界面上使用具有物理意义的声阻抗参数进行匹配,并通过一种快速迭代方法实现全声场求解.这种迭代方法可以保证有限元刚度矩阵等带宽以及对称的特性不被破坏,有助于提高计算效率.该模型先得到了Levine-Schwinger标准解的检验,进而在无流动情况下对于简化的航发短舱进口管道模型进行了噪声辐射现象的数值模拟,最后基于计算结果分析了声衬对远场声辐射的影响.      

一种基于有限元/边界元耦合方法的管道进口声传播及声辐射模型

本文发展了一种基于有限元和边界元耦合方法的管道进口声传播及声辐射计算模型。该模型将整个声场分为内部有限域和外部无界域,分别用有限元和边界元方法求解控制方程,在二者之间的界面上使用具有物理意义的声阻抗参数进行匹配,并通过一种快速迭代方法实现全声场求解。这种迭代方法可以保证有限元刚度矩阵等带宽以及对称的特性不被破坏,有助于提高计算效率。该模型先得到了Levine and Schwinger标准解的检验,进而在无流动情况下对于简化的航发短舱进口管道模型进行了噪声辐射现象的数值模拟,最后基于计算结果分析了声衬对远场声辐射的影响。     

一种风扇/压气机声模态测量分析方法

声模态测量是风扇/压气机管道声学研究的重要组成部分。测点非均布、测点数目为奇数或测量过程中传感器测量结果有误情况下,无法应用传统的分析方法分析。从最基本的声学公式入手,对管道声传播进行理论推导,得到一个通用的声模态测量分析方法,即求解方程组法。利用数值模拟方法对管道声模态进行分析,可看出模态分析的目的,是通过测点的声压进行目标频率下主要模态的识别,证明了应用解方程组法可进行测点非均布情况下的模态分析。在两个风扇试验器的声学测量中应用该种测量分析方法,从试验角度证明了分析方法的正确性和分析结果的可靠性。本文提出的声模态测量分析方法解决了传统分析方法的弊端,对风扇/压气机气动声学试验研究具有重要的意义。     

1/4波长驻波型热声发动机的非线性模型

为研究声波在热声系统开口端和负载构成的阻抗间断面上的声反射问题,针对一端开口的1/4波长驻波型热声发动机建立了一种基于截面平均的准一维非线性热声模型,并采用具有频散保持特性的高精度计算格式进行数值求解。在发动机开口端采用了对于系统共振频率具有一定选择自适应性的宽频时域声阻抗边界条件。宽频阻抗模型写成共轭复数对的留数和极点分式之和的形式,其时域形式可用递推卷积方法进行快速高效的求解,共轭复数系数采用优化拟合方法近似得出。模型可对一端开口的1/4波长驻波型发动机进行临界起振温度的预测,能够描述热声系统的瞬态压力波由初始小扰动经过非线性增长,最终达到饱和的全过程,计算结果与某微小型驻波热声发动机的实验结果相符。最后分析讨论了板叠的形状对热声系统的影响。     

非紧致气动噪声半空间传播基本解的边界积分方法

为了获得低马赫数流动诱发的非紧致气动噪声在半空间内传播的基本解,结合复等效源方法和边界元方法建立了半空间精确格林函数的边界积分方程,当半空间边界为刚度型阻抗边界时可避免奇异性积分。同时基于等效源方法提出一种半空间二维非紧致圆柱声散射模型,推导了静止介质中声散射基本解的理论表达式。对静止介质中的二维圆柱声散射,数值解在研究的频率与观察点处与理论解一致。采用数值方法计算二维圆柱绕流诱发的半空间声场基本解,结果显示半空间边界强化了声源的声辐射能力,小于马赫数0.2的介质运动对声传播的影响可以忽略。     

离心风扇非定常气动力和气动噪声特性数值研究

将Lighthill方程转变为频域Helmholtz弱积分形式并采用Galerkin方法离散.基于声学有限元方法考虑声波在复杂固壁(叶轮和蜗壳)内的散射和反射等作用,利用Ffowcs Williams-Hawking(FW-H)方程耦合非定常流场计算结果数值预测了某离心风扇的噪声辐射,流场计算结果和蜗壳壁面动态压力测量结果在基频上吻合较好.结果表明:基频压力脉动分量在噪声源特性中占据主导地位且靠近叶轮前盖板对应位置的蜗舌区域(叶轮出口宽度范围内)是最主要的噪声源区域;声学有限元方法和实验吻合较好,复杂固壁对声传播影响不容忽略.叶轮出口不稳定气流对蜗壳周期性冲击引起的转/静干涉噪声远大于叶片偶极子源噪声是离心风扇最主要的噪声辐射分量且噪声主要从风扇管道出口方向传播.      

切向流条件下短舱单/双自由度声衬实验

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0.26Ma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。     

基于流管试验的管道声传播预测

通过平板声衬流管试验，测试了管道内无流动和有流动下不同入射声波频率的管道壁面复声压，并基于试验模型与数据分别开展了二维和三维管道声传播预测，将试验测量结果与预测结果进行了对比。结果表明:二维和三维的预测结果非常吻合，尤其是在无流动条件下；在不同流动条件和不同频率下，声传播预测给出了与试验数据较为吻合的结果，壁面声压级的趋势与试验结果一致，基本验证了管道声传播预测模型的准确性；对比不同流动条件和频率点，有流动下预测的壁面声压级的误差比无流动更大，低频下预测的壁面声压级的误差比高频更大。