大型客机前起落架气动噪声源三维阵列识别技术研究

起落架噪声作为现代大型飞机机体噪声在起降阶段的主要贡献成分,其噪声机理较为复杂,涉及到钝体湍流涡脱落噪声、腔体部件空腔噪声以及起落架舱腔体与支柱柱体之间的非线性耦合噪声。由于起落架中存在复杂的三维流场以及声波的反射和绕射会产生噪声,而二维麦克风阵列在垂向的分辨率较差,无法获得声源完整且准确的三维空间分布信息,因此采用三维麦克风阵列技术对起落架噪声进行研究。使用3D Beamforming算法(波束成形算法)和3D CLEAN-SC算法(空间相干的洁净算法)结合同步测量和非同步测量的方式实现了对模拟信号和实际测量数据所得频谱中特定的离散声进行声源识别定位,并在北航D5低速风洞进行开口段气动噪声实验,以1/2缩比的LAGOON起落架为研究对象,在过顶和流向方向布置两组平面阵列,构成三维阵列进行同步和非同步的噪声测量,确定了起落架中主要噪声源的位置,对认知噪声机理提供了新的借鉴和思考。     

相阵列技术在民机机体气动噪声研究中的应用

麦克风相阵列测量技术是进行民机机体气动噪声研究的主要手段。针对民机机体气动噪声,开展了闭口风洞麦克风相阵列测量技术研究。提出了一种适用于闭口风洞气动噪声测量的阵列优化设计方法,分别设计了适用于民机增升装置、起落架气动噪声测量的阵列。将麦克风相阵列技术应用于某飞机增升装置缩比模型、起落架缩比模型气动噪声闭口风洞试验。研究结果显示：利用侧壁阵列清晰地识别出了增升装置主要气动噪声源,并显示出降噪措施的降噪效果;利用组合阵列,实现了较宽频率范围内起落架气动噪声源探测,识别出了起落架主要气动噪声源。     

大型民机起落架控制系统技术发展

在我国实施大飞机计划之际,本文对波音和空客飞机起落架控制系统的技术发展进行了分析,提出了国产大型民机起落架控制系统的方案构想.     

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。     

声学风洞内气动噪声源识别定位方法研究

声学风洞流场和试验环境会影响声音的传播,进而会影响声源识别。根据用于静态声源识别的经典Beamforming算法,利用声波在气流场和风洞射流剪切层中的传播规律,给出了一种能够用于声学风洞试验的基于麦克风阵列的气动噪声源识别分析方法,并进行了数值仿真和数值验算。数值验算结果表明风洞流场和剪切层对噪声源识别效果影响明显,采用本文所总结的计算方法能有效地修正这些影响。     

基于边缘射流的起落架气动噪声控制研究

:起落架噪声可以看成是一系列结构件单独引起的气体扰流噪声以及这些不同结构件相对位置引起的干扰噪声的耦合.为了降低起落架气动噪声,提出一种基于边缘射流的主动控制技术.以某型飞机前起落架为研究对象,在其扭力臂背风面施加射流,利用分离涡脱模拟方法对其支柱和扭力臂结构简化模型的周围流场进行非定常计算,获取声源分布,采用FW-H积分获得远场噪声特性.结果表明:边缘射流能够有效抑制干扰噪声和支柱噪声,起落架的中频噪声得到一定幅度的下降,宽频噪声强度也有所减弱;射流改变扭力臂尾涡的脱落状况,可以减轻甚至消除涡脱落对支柱的冲击,从而减弱了支柱表面由于撞击而产生的脉动压力,达到降低声源强度的目的.     

起落架收放气动载荷研究

在FL-13风洞对起落架主要元件和某机主起落架进行了吹风试验研究,在此基础上,讨论了确定起落架主要元件气动力系数的影响因素。为起落架收放气动载荷计算提供了依据。     

直升机主起落架疲劳试验技术研究

以直升机主起落架疲劳试验为对象，对试验内容、试验方法、试验实施及试验结果进行分析。通过试验验证确定了起落架的疲劳危险区域，并为优化零件结构提供了依据。     

基于分离涡模拟的起落架气动噪声研究

用基于SA湍流模式的非定常RANS、分离涡模拟(DES)和延迟分离涡模拟(DDES)分别对四轮基本起落架模型进行了数值模拟,并根据所得的非定常流场计算了表面声压级分布和声压谱。三种方法所用的时间成本大致相同,URANS略低于其它两种,而DDES由于在附着流动区更好地保持RANS特性,故时间成本略低于DES。计算显示,非定常RANS在附着流动区能够得到合理的结果,但不能准确刻画分离流动的流动形态。DES和DDES都能较好地刻画起落架绕流的定常和非定常特性,DDES的结果略好于DES。因为起落架流动属于大分离流动,所以DES也能够得到相对正确的结果。研究结果验证了分离涡模拟在起落架大分离非定常流动预测与噪声预测中的可行性,对减小起落架噪声的方法研究具有一定的意义。     

基于传声器阵列的航空发动机噪声源识别研究

为了实现新一代发动机的噪声源识别技术,对于测试所得到的民用飞机发动机的整体噪声数据,通过部件噪声分解方法,将其分解到各个部件,并且认识当代民用飞机发动机噪声源的基本特征.开发出利用发动机整机噪声数据的噪声源识别系统,采用反卷积法将波束成型法的结果作为中间声源,从中获取所需要的声源信息,使得最终的结果更加准确.通过获取的发动机整机噪声数据,验证传声器阵列技术的可行性,并且证明了系统的可行性和有效性.     

一种基于麦克风阵列用于分离单极子和偶极子声源的方法

基于单极子假设的波束成形算法作为一种声场可视化技术,在声源识别中得到了广泛应用.但是在实际工程应用中,声源的类型较为复杂,基于单一声源假设的波束成形无法有针对性地识别不同类型的声源.本文提出了一种混合反卷积方法来分离含有单极子和偶极子的组合声源,该方法构造了波束成形输出与实际声源之间的线性方程,通过求解该线性方程,可以...     

飞机起落架噪声源定位的压缩感知算法

目前针对飞机起落架噪声源定位的研究方法主要是将麦克风阵列与波束成形算法相结合。常规波束成形（CBF）算法在计算时存在主瓣宽度过宽、结果易受旁瓣影响的问题。高级波束成形算法在计算时效率较差,有时会有违背物理现象的假声源出现。提出了一种将正交匹配追踪（OMP）算法与奇异值分解（SVD）相结合的起落架噪声源定位的OMP-SVD压缩感知算法。在消声实验室内进行飞机起落架噪声源定位试验,将OMP-SVD算法、CBF算法和OMP算法在不同频率下获得的结果进行对比。试验结果表明：①与OMP算法相比,OMP-SVD算法在不同频率下均能准确定位出起落架主声源;②与CBF算法相比,OMP-SVD算法显著提高了分辨率。     

简化起落架噪声相似准则及马赫数比例律

真实飞机部件的气动噪声问题可以通过缩比模型气动声学试验研究,但是必须要遵循合适的相似准则。频率相似准则一般选择Helmholtz数或Strouhal数相似,而声源强度的相似准则在一定的雷诺数范围内通常采用Mach数相似。噪声随来流马赫数的比例律可用于外推风洞试验测量数据到真实飞行条件下,并判断声源类型。在北京航空航天大学D5气动声学风洞中对1/2缩比的LAnding Gear nOise database for civil aviation authority validatiON(LAGOON)简化起落架模型进行了气动声学试验研究。试验结果表明:该起落架模型的噪声频率遵循Helmholtz数相似准则而非Strouhal数相似准则。起落架噪声的马赫数比例律与频率有关,在低频范围内满足6次方关系,而在中高频范围内满足7次方关系。将D5风洞测得的噪声频谱按Helmholtz数相似及相应的马赫数比例律转换后与LAGOON原型试验结果对比,发现两者的测量结果吻合得非常好。     

基于分岔理论的起落架撑杆式锁机构设计

提出了运用分岔理论研究锁机构性能问题的分析方法,以前起落架上下位一体式锁机构为对象,基于分岔理论,通过数值延拓,研究了收放作动筒和解锁作动筒对该机构稳定性能的影响,阐释了锁机构运动分岔图中分岔点与上锁、解锁行为的对应关系,并分别针对上、下位解锁过程按照不同解锁力共划分了5种锁机构解锁状态。论述了延拓解锁、上锁分岔点得到的轨迹曲线,并根据曲线临界尖点定义了临界解锁力和临界解锁角度2个状态变量,随后分析了弹簧刚度、原长和安装点位置对以上变量的影响趋势。基于影响分析结果,在锁机构上锁能力一定的前提下,改变参数,优化了下位临界解锁力。研究表明,分岔分析能够快速全面地把握锁机构动力学特性随不同参数的变化趋势,在分析锁机构性能、指导参数初步设计方面有一定优势。     

风洞阻塞度对起落架气动噪声测量影响的数值模拟研究

为了解风洞阻塞效应对起落架气动噪声测量的影响,用基于S-A湍流模式的延迟分离涡模拟(DDES)对四轮基本起落架模型进行了数值模拟。通过不同截面积的滑移壁面计算域模拟模型安装在不同截面积风洞中的效应,并通过将底面和侧面设为远场边界条件模拟了无风洞起落架的流动条件。阻塞度从0变化到8.8%,根据所得到的非定常流场计算了时均表面压力分布和表面声压级分布。计算显示表面声压级总体上随阻塞度增大而减小;存在一个4%~5%的阻塞度阈值范围,在此范围内表面声压级发生突然变化,大于或小于该阈值范围时表面声压级受阻塞度的影响不大;对阻塞度变化最敏感的部件为前轮,而后轮最不敏感。这说明不同阻塞度下模型的气动噪声特性与平均流动特性密切相关。     

基于能量法的起落架落震试验评定准则

为通过理论分析建立一套用于起落架落震试验评定的基本准则,提出了一种使用起落架缓冲系统设计要求或其等效形式进行落震试验评定的方法,并从能量分析的角度给出了适用于陆基飞机起落架落震试验评定的统一设计要求。对于在落震试验中无法直接验证的耗能设计要求,通过能量等效的方法,研究了不同落震试验方法中的等效形式。对于仿升法落震试验,提出了利用反行程阻尼系数进行耗能评定,并建立了反行程阻尼系数与缓冲系统消耗能量之间的函数关系。在此基础之上,结合正反行程时间的限制条件,给出了耗能极值问题的计算方法。对于减缩质量法落震试验,建立了缓冲系统耗能系数和机轮不跳离地面之间的联系,研究了随过载增大实现机轮不跳离地面的可行性。最后,研究了两种落震试验方法的能力范围,并给出减缩质量法和仿升法等效的条件。     

不同插值方法对残缺环阵声源定位的影响

研究了利用不完整麦克风阵列进行声源定位的算法,通过修正傅里叶插值、B样条插值和三次样条插值对残缺麦克风阵列的交叉互谱矩阵的插值补偿,获得了声源定位算法。通过数值模拟对声源定位算法进行了验证,发现在波束形成的声源强度上,傅里叶插值模拟结果最大偏差达到5.21 dB,B样条插值为1.17 dB,三次样条插值为0.80 dB;在声源位置偏差上,傅里叶插值为0.04 m,B样条插值为0.01 m,三次样条插值为0.01 m。结果表明傅里叶插值计算得到的声源定位的强度、位置精度和动态性能最差,三次样条插值最优,B样条插值表现一般。实验验证也得出类似的结论,因此利用三次样条插值计算不完整麦克风阵列的交叉互谱矩阵最佳。     

锯齿单元对起落架/舱体耦合噪声抑制试验

当前中国民用飞机高速发展,噪声排放问题受到广泛关注。在飞机起降阶段,飞行高度较低且处于机场附近,其噪声直接影响到机场地面周围环境。该阶段内起落架噪声占比较大,成为研究的重点。此外,起落架在收放过程中,除自身脱落涡产生的噪声外,当起落架舱门开启时,舱体空腔内产生自持性振荡噪声,与起落架噪声一起形成更为复杂的起落架+舱体耦合噪声,直接影响到整个着陆系统噪声水平,因此研究起落架与舱体耦合噪声产生机理和抑制措施显得尤为必要。以简化的起落架及其舱体为研究对象,提出一种低马赫数（0.2Ma/0.25Ma）条件下,利用前缘锯齿扰流单元对起落架/舱体耦合噪声进行抑制的方法,并在0.55 m×0.4 m航空声学风洞进行试验验证。首先,从起落架及其舱体耦合噪声产生原因进行分析,分别明确起落架和舱体在耦合噪声各个频段的贡献作用。随后,在舱体空腔前缘安装锯齿扰流单元,以改变自由来流状态,验证降噪措施;同时采用参数化研究方法,研究锯齿扰流单元不同偏角对降噪效果的影响。最后,将起落架模型安装于舱体空腔内,分析锯齿扰流单元对耦合噪声的抑制能力。研究结果表明,锯齿形扰流单元对舱体腔体噪声与起落架/舱体耦合噪声具有明显降低作用,在本试验条件下,30°安装角最佳。预期成果可以应用于起落架/舱体耦合降噪。