发动机外罩波纹形尾缘降噪机理初探

喷气发动机的射流是起飞过程中主要的噪声源之一。发动机外罩外的流动和外涵道内的环形射流在尾缘下游形成一个强剪切层。由剪切层的不稳定性产生的大尺度结构是一个重要的噪声源。近年发现,一些现代航空发动机外罩采用了波纹形尾缘的设计,被认为是一种降噪的措施。本文采用简化模型,即一个分割两层流体的平板后缘形成的剪切层,从流动稳定性的角度探讨其降噪的机理。研究发现,对于平直尾缘的情况,尾缘后会产生二维的非定常涡,对应的是剪切层中最不稳定的模态。而对于波纹形尾缘的情况,则不存在二维模态。对三维平均流的全局稳定性分析显示,所得三维最不稳定模态的增长率显著小于平滑尾缘的情况。数值模拟结果也证实了这一结论。因此,波纹形尾缘降噪的机理可以归结为,波纹形设计降低了平均流的不稳定性,从而降低了大尺度结构的增长率和幅值,使得Lighthill声源项中雷诺应力的二阶导数项也相应大幅减小,从而降低了噪声。     

嵌边法出流条件在可压缩流直接数值模拟中的应用

以嵌边法为出口边界条件试算了亚、超声速平板边界层扰动波的演化、超声速流中涡的传播、亚声速平板边界层尾缘扰动的演化等,以验证嵌边法作为出流条件在可压缩流中的有效性。然后,探讨了嵌边法有关参数的选取问题。     

高超声速三维边界层横流转捩的数值研究

横流失稳是高超声速三维边界层转捩的主要机制。然而到目前为止,由横流失稳导致高超声速三维边界层转捩的数值研究还不多见。本文采用直接数值模拟方法计算了马赫数6、后掠角45°钝板边界层中定常横流涡的演化,在此基础上引入高频二次失稳模态,计算了二次失稳模态的非线性演化,直至湍流发生。计算结果表明:横流定常涡的非线性作用引起平均流修正,可使壁面摩擦系数曲线有一定程度的抬升。而高频二次失稳波的增长导致低频及定常扰动快速增长,促使壁面摩擦系数急剧抬升,同时饱和横流涡结构破碎,最终触发转捩发生。