飞行实测应力分析中的一种频谱分析方法

直升机飞行载荷数据是一种典型的随机信号,对该信号进行频谱分析可以获得信号频谱的组成,摸清信号与系统的特征,有利于判断载荷来源.本文采用傅立叶变换对直升机试飞应力数据进行频谱分析,通过比较两种尾桨安装结构下旋翼5Ω和尾桨2Ω的应变变化情况,有效地辨别出某型直升机尾减机匣飞行实测应力增大的原因.     

亚声速同轴射流波包敏感性研究

同轴射流广泛应用于航空航天领域,目前基于线性机制的理论模型对预测射流波包和噪声普遍存在局限性,非线性效应已成为研究热点。本文通过在线性抛物化稳定性方程(PSE)右端项中加入外部激励项,研究了亚声速同轴射流中非线性对波包演化的作用。当前工作主要聚焦于考察同轴射流中的波包特性,因为其存在两个剪切不稳定模态。基于同轴射流的基本流,采用求解线性PSE构建了线性波包,进一步通过求解伴随PSE方程得到了总体扰动能量对外部激励的敏感性。结果表明敏感性区域和流动较大响应区域均对应于内外临界层附近,且二者对外部激励均十分敏感,在下游区域可以看出,内外两个失稳模态之间存在一定程度的相互作用。最后,采用伴随优化的方法获得了关于外模态的最优激励,且施加最优激励之后波包得以更快速的增长。     

小攻角下锯齿尾缘翼型噪声控制与机理分析

受猫头鹰寂静飞行能力的启发,锯齿尾缘设计被认为是一种有效的控制湍流边界层-尾缘干涉噪声的方法。本文采用隐式大涡模拟法,详细研究了嵌入式锯齿尾缘对NACA 0012翼型绕流的近场流动和噪声特性的影响,雷诺数为9.6×10⁴,远场马赫数为0.163 1,攻角为4°,计算采用的非结构化网格具有约7 000万的自由度。在实际计算时,为促进流动快速转捩,在直尾缘和锯齿尾缘算例的翼型表面均布置了锯齿形粗糙元转捩带。研究结果表明：相比于0°攻角状态,4?攻角下的噪声辐射增强,主辐射方向发生偏转,在该方向上锯齿尾缘实现了约2.5 dB的降噪,且在小攻角(4°)下,锯齿也会诱导出有利于降噪的侧边涡对结构。针对壁面压力脉动的分析表明：锯齿主要改变了尾缘附近的时空关联特性,且压力场不能直接由现有针对速度场的Taylor或椭圆近似模型定量描述;此外,锯齿在抑制尾缘噪声的同时,对翼型气动性能造成了一定损失。     

侧壁效应对Rayleigh-Bénard对流影响的数值模拟研究

Rayleigh-Bénard(RB)对流的研究中通常使用侧壁绝热的温度边界条件,然而实际的对流换热设备中侧壁存在导热性且会对系统传热和流动特性产生影响。为探究侧壁导热性对RB对流的影响,本文采用侧壁等温假设,即侧壁温度为上下壁面温度的平均值,使用二维和三维直接数值模拟的方法研究了侧壁恒温的RB对流。流体工质为普朗特数Pr=5.3的水,二维和三维方腔宽高比Γ为1。将侧壁等温的计算结果与经典的侧壁绝热的RB对流结果进行比较,研究表明：侧壁等温时,二维和三维系统中均存在上下壁面Nu不相等的情形,该特性发生在有限的Ra值区间内,且与系统内的流动结构密切相关;侧壁恒温时,系统的传热效率要高于侧壁绝热情况下的传热效率,这是由于侧壁恒温条件下,一部分热量可以直接通过侧壁来传递,从而绕开温度边界层。当采用恒温边界条件时,流场的强度减弱,从而系统的Re要小于侧壁绝热条件下对应的Re。     

亚声速旋拧射流噪声中的温度效应

采用大涡模拟（LES）方法模拟亚声速旋拧射流,着重考察温度效应对旋拧射流近场流动演化过程、湍流脉动空间发展和远场噪声的影响。线性稳定性分析表明,旋拧射流中提高射流中心温度会增加剪切层的扰动增长率;数值结果显示,加热会促进剪切层中大尺度结构的产生及相互作用,促使流动更快进入湍流状态,并缩短射流势核区的长度。在初始层流发展阶段,加热会提高中心线上的流向速度脉动峰值,但是对剪切层中的流向速度脉动峰值几乎没有影响;在湍流发展阶段,提高射流中心温度会提高流向速度脉动衰减率,并降低脉动幅值。此外,在非等温射流中,密度脉动幅值要远高于等温射流。在30°方位角附近,等温射流的总声压级幅值最高,冷射流的噪声幅值最低。方位角大于50°时,加热使总声压级降低,且随着方位角幅值的增大,降低越明显;而冷却则会提高总的声压级幅值。     

方腔流致振荡及噪声的数值研究

采用直接数值模拟方法,研究了低Reynolds数下L/D=2的方腔亚声速流致振荡现象及其诱导的噪声。结果表明,在所计算的参数范围内,振荡都是由Rossiter II模态主导;来流边界层变薄会导致低频成分的出现,其产生的直接原因是涡与后拐角撞击方式的切换,根源在于回流区与剪切层相互作用形式的不稳定。采用本征正交分解(POD)方法,分析了不同振荡形式所对应的本征模态涡结构及其与后拐角撞击方式的关系。计算得到并分析了声波的产生和传播过程,结果与已有实验结果和理论模型符合良好。     

声激励下的剪切流稳定性

受控小扰动对流动稳定性与流场结构的调制作用具有潜在价值，但机理和失稳过程目前尚未完全明确。采用格子Boltzmann数值方法，对声场扰动条件下平行剪切流失稳过程开展了直接模拟研究，探讨了流动失稳的机理。研究表明，点源声场作用下的剪切流失稳形式依赖于激励声波的波长—文中定义为长波模式和短波模式，声波振幅的空间分布不均匀性是剪切层失稳的重要诱因。在短波模式下，受多普勒效应影响，剪切层上下两侧声波叠加效应导致流动上游区域压力脉动的波包结构；该结构的波长与剪切层失稳波长匹配，诱导流动失稳发生。在长波模式下，剪切层上声源垂直入射区首先失稳，剪切层对声波反射的方向选择性导致声压波动振幅分布的对称性破缺，且失稳区压力波动波长随时间推进而逐渐减小。当该波长落入剪切层失稳波长范围内时，剪切层流动开始失稳。     

侧壁约束效应对三维方腔自持振荡和噪声辐射影响的实验研究

实验研究了侧壁约束效应对三维方腔流动结构和噪声辐射特性的影响，固定方腔长深比为2∶1，使用麦克风阵列测量了方腔宽长比从0.1变化至0.5过程中流致噪声在不同指向性下的强度变化规律，并使用脉动压力传感器测量了不同宽长比方腔内部壁面压力分布，同时采用TR-PIV（Time-Resolved Particle Image Velocimetry）测量了方腔内流动结构的发展。实验结果表明:对于宽长比为0.5的方腔，当来流马赫数大于0.03时，方腔流动开始出现振荡并向上游辐射噪声；当来流马赫数增大至0.20时，方腔流动发展为对应Rossiter三阶模态的自持振荡，并辐射出尖频噪声。减小方腔宽度，当宽长比小于0.3时，方腔流动的自持振荡和尖频噪声被大幅度抑制甚至消除，来流马赫数为0.20和0.25时，方腔上游总声压级能够降低3 dB以上。通过对比壁面压力分布和PIV流场测量结果，发现减小方腔宽长比时，方腔内主回流涡向上游移动，涡强度降低，使得方腔的流动反馈不足以形成自持振荡，从而降低了辐射噪声。