飞机噪声的工程预测

 本文将飞机在飞行过程中发出声辐射的动态问题,按准稳态方法分解为航迹,观察点与声源的几何关系,声源特性、大气衰减与地面效应等单元过程。并以涡扇飞机和螺旋桨飞机等计算实例,阐明飞机噪声的组成,时间历程、频谱,指向性及地面等值线等同公共噪声和声疲劳有密切关系的问题。     

高速直升机旋翼/螺旋桨/机身干扰特性分析

研究双拉力螺旋桨复合式高速直升机的气动特性可以为高速直升机的设计及气动优化提供参考。基 于动量源方法构建针对双拉力螺旋桨复合式高速直升机旋翼/螺旋桨/机身干扰特性数值计算及分析方法;对 孤立旋翼、旋翼/机身干扰进行算例验证;应用所构建的方法对双拉力螺旋桨高速复合式直升机悬停及前飞状 态的干扰流场进行数值模拟,分析机身对悬停流场影响及不同前飞速度旋翼/螺旋桨/机身干扰特性。结果表 明:悬停时机身对气流的阻塞作用降低了旋翼的升力,螺旋桨对旋翼下洗气流的加速作用使旋翼升力提高;低 速前飞时旋翼/螺旋桨/机身干扰较大,主要体现在旋翼下洗流造成螺旋桨滑流偏折以及机翼上表面压力分布 增大,高速前飞时这种干扰较小。     

两个缩尺模型螺旋桨的气动与声学性能对比实验

本文介绍了两个缩尺模型螺旋桨的气动与声学性能对比实验。一个为三叶桨 (A桨),它是一种生产型号的缩尺模型,另一个为四叶桨 (B桨),是用当代气动与声学计算方法设计的新桨的缩尺模型。两桨的最大直径均为 0.6 6 m,转速均在 150 0～ 30 0 0 r/min之间运转。实验结果表明,在相同工作状态及功率系数的情况下,四叶桨的拉力系数比三叶桨高,而噪音比三叶桨低;在相同工作状态及拉力系数情况下,四叶桨的噪音也比三叶桨低。四叶桨效率及整个性能均优于三叶桨。      

涡桨飞机螺旋桨气动噪声特性试验研究

随着航空公司短途航线由涡扇发动机转向涡轮螺旋桨发动机,以及机场周边噪声污染的限制越来越严格,商用螺旋桨飞机的声学特征正成为关键的设计参数。为研究螺旋桨的气动性能和声学特性,以某型涡桨飞机六叶螺旋桨为研究对象,在北京航空航天大学沙河校区D5气动声学风洞开展实验研究。实验中对螺旋桨在固定桨叶角设置和旋转速度条件下不同来流风速的组合工况进行测量,以获取不同工况下螺旋桨的天平测力数据和远场声压信号,经过快速傅里叶变换得到来流速度对螺旋桨远场噪声的影响规律。实验结果表明:在较大来流条件下离散部分噪声能激发出更高阶的谐波噪声,各阶谐波噪声幅值随着谐波数增大逐渐降低;当风速较低时宽频噪声声压级增大,这是由于在低前进比条件下,叶片处于失速状态,拉力系数处于非线性段,与叶片表面复杂流场引起的湍流噪声增加有关。通过指向性分析可知,位于桨盘上游位置的总声压级水平大于桨盘下游位置的总声压级水平,主要是因为螺旋桨桨盘前后的相对速度发生了变化,导致了声传播距离的延迟和加速现象。     

基于部件特性的螺旋桨数学模型通用建模算法

为了有效地建立螺旋桨数学模型和涡桨发动机数学模型,以及为涡桨发动机控制规律设计奠定基础,借鉴压气机部件特性缩比方法,提出了一种适用于螺旋桨部件特性的修正缩比方程;基于螺旋桨静态特性,提出了静拉力状态下的螺旋桨建模优化算法;针对螺旋桨低速前进状态下和高速前进状态下的不同工作特点,提出了两种不同的螺旋桨建模算法,以实现全飞行包线内的螺旋桨数学建模。通过与GSP (Gas turbine Simulation Program)软件仿真数据对比验证,其结果表明,基于所提出的算法建立的螺旋桨数学模型输出拉力、功率和效率的最大相对误差分别不超过3×10-6,3×10-6和6×10-5,同时,验证了算法有效性和通用性。     

面向电动飞机应用的不同叶尖螺旋桨噪声特性

为了合理地设计与选取电动飞机螺旋桨,最大限度降低电动飞机整体噪声,以某型电动飞机平直、后掠及尖型桨尖形状螺旋桨为研究对象,通过大涡模拟模型计算分析了3种螺旋桨在巡航和爬升两个典型状态下的一阶频率声压值,计算结果表明平直桨尖螺旋桨噪声最低,尖形桨尖螺旋桨最高。为了验证计算结果,制造了缩比模型并在空气动力研究院的FL-9风洞中进行了试验,结果表明计算结果与风洞试验结果吻合度较高,验证了大涡模拟在螺旋桨噪声计算中具有一定的工程应用价值,计算和试验结果都表明平直桨尖有助于进一步发挥电动飞机安静环保的优势。     

Optimal trends in Manoeuvre Load Control at subsonic and supersonic flight points for tailless delta wing aircraft

Manoeuvre Load Alleviation (MLA) is the concept of redistribution of forces and moments on airframe through optimal actuation of control surfaces. The effect is to minimise the stresses near wing root and improve fatigue life of airframe components, such as, the frequently studied wing root fitting connecting wing to the fuselage. The configuration is a typical tailless delta wing aircraft having inboard and outboard Elevons (a combination of Elevator and Aileron) placed symmetrically on starboard and port side. The problem is formulated as minimisation of independent conflicting multiple objectives of wing root bending and twisting moments, with stability equations as equality constraints and actuator hinge moments as inequality constraints. Hybrid method is used as optimisation technique, which is evolved from the combination of heuristic based Elitist non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) and calculus based Goal Programming methods. The primary objective of this paper is to bring out the structural benefits attainable for some of the combined critical manoeuvre load cases at subsonic and supersonic flight points. The combined critical manoeuvre load cases demarcate the limit to which airframe is loaded. The minimisation achieved is better for flight points at supersonic as compared to subsonic Mach numbers.     

螺旋桨-自由涡轮涡桨发动机稳态/过渡态数值模拟

为实现对涡桨推进系统整体推进性能的数学模型模拟,以螺旋桨/桨扇作为受飞行外流条件影响的推进系统内流部件之一,引入其特性图,用跟随流量方法解决螺旋桨-自由涡轮转子与涡桨发动机燃气发生器的流量平衡、功率平衡,发展了螺旋桨-自由涡轮涡桨发动机内流特性部件法数学模型,实现了对该类涡桨系统稳态/过渡态的数值模拟。对某8MW三轴桨扇发动机的台架转速特性和飞行任务剖面特性的数值模拟结果表明:该数学模型可以较为准确模拟出包含桨叶变动桨距角、攻角等在内的外流螺旋桨/桨扇部件工作点详细参数,和高度、速度、涡轮前温度同时变化的多条件、多变量涡桨发动机的稳态/过渡态推力、推力耗油率等特性.      

智能螺旋桨发展现状及其在临近空间飞行器中的应用

提高推进系统的效率对实现浮空器在临近空间长期悬停意义重大,对国外最新的有关螺旋桨（含旋翼）基于自适应结构变形的重大研究计划和原理进行了深入地分析,旨在找出能突破目前临近空间螺旋桨因设计变量少而导致其效率和工况适应性难于大幅度提高的困境的方法.研究表明,这一困境有望通过自适应结构变形的方式得以解决.     

Algol, Beta Lyrae, and W Serpentis: Some new results for three well studied eclipsing binaries

The properties of the eclipsing binaries Algol, Beta Lyrae, and W Serpentis are discussed and new results are presented. The physical properties of the components of Algol are now well determined. High resolution spectroscopy of the H-alpha feature by Richards et al. and by Gillet et al. and spectroscopy of the ultraviolet resonance lines with the International Ultraviolet Explorer satellite reveal hot gas around the BBV primary. Gas flows also have been detected apparently originating from the low mass, cooler secondary component and flowing toward the hotter star through the Lagrangian L1 point. Analysis of 6 years of multi-bandpass photoelectric photometry of Beta Lyrae indicates that systematic changes in light curves occur with a characteristic period of -275 ± 25 days. These changes may arise from pulsations of the B8II star or from changes in the geometry of the disk component. Hitherto unpublished u, v, b, y, and H-alpha index light curves of W Ser are presented and discussed. W Ser is a very complex binary system that undergoes complicated, large changes in its light curves. The physical properties of W Ser are only poorly known, but it probably contains one component at its Roche surface, rapidly transfering matter to a component which is embedded in a thick, opaque disk. In several respects, W Ser resembles an upscale version of a cataclysmic variable binary system.     

基于BWI辐射效率的低气动噪声共轴对转螺旋桨的设计研究

将共轴对转螺旋桨气动噪声快速预测理论与气动载荷快速预测方法相结合,对共轴对转螺旋桨远场气动噪声进行预测。分析了BWI辐射效率对共轴对转螺旋桨BWI干扰噪声的主控影响。对从低至高的(单排6-12)前后等桨叶数对转桨进行了研究。结果表明虽然低桨叶数与高桨叶数对转桨的气动噪声特性不同,但是总体上前后指向性的高声压区仍然是由BWI噪声控制。同时等桨叶数的设计只是使高声压区更集中,却无法对其进行降低。随后,对比了不同桨叶数共轴对转螺旋桨远场气动噪声的表现,认为不等桨叶数对转桨气动噪声普遍优于等桨叶数情况。得出了总桨叶数相同情况下对转桨前后桨叶数的搭配方案。对近场噪声高精预测方法将在未来的研究中对辐射效率的具体机理进行研究。     

一种基于螺旋桨部件特性的螺旋桨建模方法

通过缩比法,利用螺旋桨通用部件特性获得期望研究的螺旋桨部件特性,提出了飞行速度不为零条件下的螺旋桨数学模型建模算法,同时,借鉴缩比后螺旋桨部件特性、螺旋桨定桨叶角工作性能曲线以及螺旋桨空气动力学原理,分析了静拉力状态下的螺旋桨功率系数、拉力系数、桨叶角、螺旋桨静态推力进距比阈值以及螺旋桨几何设计参数的相互作用关系,提出了静拉力状态下的螺旋桨数学模型建模算法。所述算法与Gas Turbine Simulation Program (GSP)软件仿真数据进行了数字仿真对比验证。结果表明:所提出的螺旋桨建模算法具有有效性,在前进状态下,螺旋桨拉力相对误差最大不超过6.6059×10-6,需求功率相对误差最大不超过5.5098×10-6,效率相对误差最大不超过6.6955×10-6。      

螺旋桨飞机近地飞行时的纵向稳定性

根据某型飞机气动试验数据,分析了地面效应和螺旋桨滑流增量对飞机静稳定性的影响;根据小扰动线性化方程,计算了不同飞行条件下的飞机模态特性,分析了地面效应和螺旋桨滑流对飞机动稳定性的影响。结果表明：地面效应将使飞机纵向运动频率增加,而阻尼比降低;地效区内滑流增量使短周期震荡频率和阻尼比均增加,也使长周期阻尼比增加,而对长周期模态频率的影响不大;无地效时,滑流将使长短周期两种模态的频率均降低,而阻尼比增加。     

声处理蜂窝夹层结构在飞机座舱降噪设计中的应用

 本文简要介绍了在螺旋桨飞机座舱降噪设计中采用的蜂窝刚度处理技木。通过对蜂窝夹层结构板的声透射理论分析,阐明了利用这种降噪处理方法改善低频螺旋桨飞机座舱噪声环境的原理;给出了机身侧壁壁板试件经过蜂窝刚度处理前后的隔声量试验结果。通过处理前后两种状态下隔声量曲线的比较,表明蜂窝刚度处理对改善机身侧壁壁板低频隔声量的效果。     

斜下降旋翼桨涡干扰声源定位及表面压力

旋翼桨-涡干扰（BVI）是直升机在进场和离场等近地飞行时后行桨叶切割前行桨叶脱落桨尖涡产生的气动扰动，该扰动不仅对桨叶表面压力载荷产生激励作用，同时也会引起旋翼噪声出现激增，旋翼噪声激增的主要成分为桨-涡干扰噪声。本文首先对斜下降桨-涡干扰状态桨叶表面载荷进行数值计算；然后分别阐述了基于改进整周期同步平均旋翼噪声去噪方法、基于多层小波包分解的桨-涡干扰声源识别和分离方法以及基于bartlett时延计算和球面插值的声源定位方法，设计并开展了风洞斜下降状态桨-涡干扰桨叶表面压力和声源定位试验，给出了开发的声源定位软件界面、声源定位图像畸变校准方法及声阵列现场校准方法；最后对比分析了不同试验状态的桨-涡干扰噪声声源特性以及和桨叶表面压力之间的关联性，并给出了声源定位及表面压力试验数据分析结果。结果表明典型斜下降状态后行侧桨-涡干扰主要出现在方位角310°~330°、径向位置1.6~1.8 m桨盘平面区域。     

用于直升机振动控制的主动调谐式吸振器研究

振动问题是直升机设计中的难题,会导致机体结构疲劳、舒适性降低和高噪声等问题。通常的单桨叶控制方案由于受压电驱动器机电性能的限制而难以实现。智能弹簧是一种采用单桨叶控制原理的主动调谐式吸振器,它通过压电驱动器自适应控制桨叶根部的结构阻抗,达到振动控制目的。建立了智能弹簧的简化模型,对其谐波响应控制特性进行研究;采用频率分析和数字信号合成技术产生参考信号,在DSP平台上设计自适应陷波算法对智能弹簧驱动器组件进行控制;模拟和风洞实验结果均表明智能弹簧能够在较宽频率范围内对桨叶的谐波响应进行有效控制,验证了通过主动阻抗控制实现直升机桨叶振动控制的可行性。     

螺旋桨式微型飞行器飞行特性分析

以南航研制成功的某型号微型飞行器为背景,以该型机的风洞实验数据为基础,针对该机的独特气动布局形式,对该机进行了六自由度飞行力学模型的建立。在建模过程中,考虑了螺旋桨滑流对飞机的气动干扰及不同飞行状态下螺旋桨拉力及扭矩的变化。通过应用四阶龙格-库塔方法对该运动方程进行数值求解,对该型微型飞行器的飞行动力学问题进行了非线性分析。     

螺桨飞机缩比座舱模型噪声传播的试验研究

本文使用Ｙ１２飞机的１／３缩比模型桨进行了螺桨地面噪声试验，使用圆柱型缩比座舱模型测量了舱内声压。试验中发现时间平均增强法是去除地面湍流影响的有效方法，利用舱内传声器阵可以测量舱内声场分布，经改进，使用户外螺桨模型噪声试验来作为螺桨噪声预测结果的验证手段是可行的。     

Aeroacoustic and aerodynamic optimization of propeller blades

It is of great significance to develop a high-efficiency and low-noise propeller optimization method for new-generation propeller aircraft design. Coupled with free form deformation method, dynamic mesh interpolation technology, optimization algorithm, surrogate model, aerodynamic calculation and aeroacoustic prediction model module, the integrated aerodynamic and aeroacoustic design method of propeller is built. The optimization design for the six-blade propeller is carried out. The non-reduction in efficiency, thrust coefficient and the minimum of aerodynamic noise is treated as the optimization design objective. The spatial vorticity distribution of the propeller before and after the design is also analyzed by using unsteady computational fluid dynamics method. The results show that the optimized propeller can effectively reduce the aerodynamic noise level. The maximum total sound pressure level can be reduced by 5 dB without reducing its aerodynamic performance. The developed method has good application potential in low-noise optimization design of propeller and other rotating machinery.     

飞机加改装部件绕流脉动压力研究

现役飞机的加改装或改型 ,是赋予装备新功能、提高装备性能和综合战斗力的一条快速、有效的途径。在加改装工程中,防止发生加改装部件的结构振动是一个较为突出的技术难点 ,而导致飞机部件结构振动的主要激励源之一是其绕流产生的非定常气动载荷。描述了飞机加改装部件绕流的典型流态及其脉动压力的主要特点,提出了加改装部件外形的综合优化设计方法,介绍了绕流脉动压力风洞实验数据与飞行实测数据间相关性研究的主要结果。