航空发动机钛合金声衬热振响应特性

针对高温振动环境下钛合金声衬动响应变化规律及疲劳失效问题，以仿真分析和试验相结合的方法开展钛合金声衬高温环境下的振动特性研究。研究结果表明：200℃下钛合金声衬1阶固有频率计算结果和试验值吻合较好，误差在8%以内。在40g振动激励下，通过对比仿真结果与试验结果发现速度响应的误差在26%以内，验证了仿真分析方法的可用性与准确性。使用该数值方法计算了热振环境下声衬的应力分布，发现声衬应力最大位置出现在蜂窝芯上，面板的应力水平整体相对较低；随着蜂窝芯高度和厚度的增大，声衬的应力水平会下降，而声衬的应力水平会随着面板厚度得增大而升高；孔径的大小对声衬强度影响可以忽略。     

低速空腔声衬降噪的试验研究

空腔噪声为气动噪声领域中重要的一部分,声衬作为一种有效的降噪措施,其原理为微穿孔板吸声体,即多个亥姆霍兹共鸣器并联,通过激发背腔共振吸收声能。声衬的吸声效果受到多个结构参数的影响,针对低速空腔气动噪声问题,通过微穿孔板吸声体原理对声衬进行多参数混合设计,并将其加装到空腔中,对比加装声衬前后空腔噪声的频谱特性,评估声衬在空腔噪声问题中的降噪效果,分析加装声衬对空腔噪声的自激振荡及声共振产生的影响。     

剪切流圆管物理参量对声衰减量的影响

应用模态分析方法建立了均匀流和剪切流条件下,发动机多段声衬圆形管道声传播工程计算模型,围绕各种物理参量如平均流Ｍａｃｈ数、附面层厚度和声衬腔深、声阻、面板特征频率、管长等对管内噪声衰减量的影响进行了算例计算,并与有关文献实验测量结果进行了验证对比,从而为发动机前短舱管内声传播研究提供了一种比较完整的模态分析工程预测方法。     

薄壁板结构随机声激励振动响应计算与分析

针对航空发动机压气机转子叶片结构声振动问题,建立了薄壁板有限元简化模型,基于耦合有限元/边界元法对薄壁板在行波加载下随机声激励振动响应进行了仿真计算,得到了在不同声压级下的应力响应结果.改变声载荷激励方向,分别对薄壁板施加单音噪声激励和宽频随机噪声激励,通过仿真计算得到了不同角度随机声激励下薄壁板振动响应频响曲线.对比分析发现,薄壁板模态振型与噪声加载方向是引起薄壁板共振的重要因素.     

包含平均旋流的圆环管道声传播的模态分析

通过对三维线化欧拉方程的特征模态分析,研究包含平均旋流情况下声波在敷设声衬的圆环管道中的传播.特征模态分析采用谱配置方法计算轴向波数谱及扰动量的分布.当有平均旋流存在时,特征模态谱主要包括近/纯声模态和近/纯对流模态,旋流的存在甚至会改变传播模态个数,从而改变声波传播截止特性.在验证程序正确性的基础上,研究流动参数及声衬对声模态及对流模态的影响.      

大涵道比风扇/增压级单自由度声衬优化设计及应用

为了发展大涵道比发动机噪声传播途径控制的降噪技术,基于数值仿真与优化算法,以某型大涵道比风扇/增压级试验件为应用对象,开展进口单自由度声衬设计。在声衬设计过程中,采用非线性谐波法对省略内涵增压级的简化结构进行模拟,并在光壁及声阻为0～5、声抗为-5～5条件下,以此作为声源开展基于有限元方法的声传播模拟。在固定声衬穿孔板厚度及穿孔直径的情况下,采用Guess声阻抗模型,将声阻抗-降噪量关系映射到声衬几何参数-降噪量关系,获得声衬几何参数-降噪量图谱,筛选出最佳声衬几何（参数）,同时采用模拟退火优化算法获得最大降噪效果的声衬几何参数,并与遍历算法结果进行对比,开展不同状态条件下的降噪效果评估。结果表明：该声衬在风扇0.8转速状态及起飞状态下对1BPF的风扇噪声具有良好的降噪效果。     

航空薄壁结构高温声疲劳应力工程分析方法

薄壁结构的动力特性及动态响应分析是声疲劳分析以及寿命估算的基础。针对结构声疲劳问题,总结了国内外计算薄壁结构在高温环境下的声激励应力响应的几种主要的工程分析方法,包括模态分析法、有限元法等;在此基础上,对上述计算方法的优点和局限性进行了相关的阐述,同时还对薄壁结构的声疲劳研究进行了展望。     

全尺寸短舱排气道声衬声学设计与试验验证

针对排气道声衬应用环境,提出了一种适用于短舱排气道声衬的声学设计方法,利用有限元方法建立了排气道声衬声阻抗参数优化模型,根据设计工况和结构约束条件,设计并制备了一套全尺寸排气道内壁声衬试验件。为了验证排气声衬的声学设计方法,研发了频率范围500～16 000 Hz、最大周向15阶模态的全尺寸声衬声学试验平台用以模拟风扇后传噪声特征,分别进行了声衬条件和固壁条件下辐射声场3 m和5 m处的指向性测试,获取了500～1 500 Hz频率范围内的降噪量,试验结果表明设计声衬在950、1 000 Hz频率点的降噪效果最优,充分验证了声衬设计的准确性。分析了设计工况下的声衬在3 m和5 m处辐射声场指向性的声压级分布,试验结果表明0°～90°范围内的最大降噪量分别为10.44 dB和7.21 dB。提出的排气道声衬声学设计与验证方法可为发动机短舱排气道声衬设计与验证提供重要技术支撑。     

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。     

异形腔体压电声衬声学性能

为提高压电声衬对低频噪声的抑制范围,对声衬腔体进行结构优化。利用平面波理论构建了两种曲线管道的声学物理模型,并分别建立了两种模型的传递矩阵,以此作为异形腔体亥姆霍兹共振器传递损失计算的理论依据,并通过仿真验证其正确性。结合压电振子的形变对声衬进行有限元仿真分析,结果表明:在压电振子施加500V驱动电压时,两种声衬频率偏移量分别为115Hz和120Hz。与圆柱形腔体声衬进行对比结果表明:在相同腔体厚度范围内,由曲率越大的曲线所生成的腔体,在相同驱动电压条件下,频率变化率越高,这为今后对声衬腔体结构优化提供一种有效的依据。      

在线测量声衬声阻抗的双传声器法

双传声器法是工程上在线测量声衬声阻抗的重要方法,为解决实用声衬蜂窝尺寸过小而无法直接嵌入传声器的问题,本文设计了探针传声器,通过外径1.5 mm的探针将声衬表面和背腔声压信号引出.在对探针传声器进行严格校准后,应用双传声器法测量了共振腔和实用蜂窝夹层声衬的声阻抗,并与理论结果进行了对比分析.     

串列深腔流致声共鸣特性研究

深腔结构在管路中串列布置时会形成强烈的声学耦合效应，内部存在固有声学驻波模态等特征。尤其是当主管路流体掠过串列深腔结构时，前缘流动分离形成剪切涡脱，一旦与侧边腔体固有声模态达到频率锁定和相位匹配，则会产生强烈的流致声共鸣现象。本文有效结合了声模态有限元分析和传感器阵列实验测量，研究了腔体间距和来流雷诺数等对串列深腔流致声共鸣特性的影响。其中的声模态有限元分析获取了无来流状态下的串列深腔声学驻波模态的频率大小和声压空间分布；传感器阵列测量获取了来流雷诺数在(0.26～2.17)×10⁵之间的串列深腔壁面压力脉动的幅频信息和波形规律。研究结果表明：当串列深腔处于半波长布置时，会产生最为强烈的声共鸣现象，腔体内部声压脉动处于同相位振荡模式，同时能够诱发主管路声压与腔体声压反相位振荡；其次，当串列深腔近距离布置时，腔体内部声压脉动处于反相位振荡模式；而处于其他间距布置时，未发生明显的声共鸣现象，压力脉动幅值较低。     

飞机襟翼声疲劳应力的仿真与模式识别

利用回归分析方法，建立声激励下飞机襟翼振动总加速度和总应力对总声压的仿真模型，及总应力对振动总加速度的仿真模型。通过模式识别，得到结构应力响应、结构加速度响应与总声压线性和非线性关系的界限，以及结构应力响应与加速度线性和非线性关系的界限。     

几何和气动参数对多孔板波涡相互作用影响的研究

本文对以涡声相互作用为基础的通气的多孔板共振腔结构的声学性质进行了一些实验研究和分析。着重于声衬的孔径、腔深、孔板厚度对声衬性能的影响。对实验的结果进行了一些分析,给出了厚板通气声衬声抗的一种算法。对吹气与吸气情况下声衬的性质进行了对比。      

基于局部应力应变场强法的薄壁缺口结构随机声疲劳寿命估算

航空发动机火焰筒结构在随机声激励下的寿命估算属于典型的多轴疲劳问题。对航空薄壁结构随机声疲劳寿命估算的峰值概率密度法和功率谱密度法进行了探讨。在应力场强法的基础上,深入研究了一种用于薄壁缺口结构随机疲劳寿命估算的有效方法——局部应力应变场强法,该方法能同时考虑缺口局部应力梯度和应变梯度对疲劳损伤的影响。以薄壁缺口结构作为研究对象,结合声疲劳问题分析的一般方法,对局部应力应变场强法在声疲劳寿命估算中的运用进行了研究。     

飞机短舱声衬声学性能实验技术

飞机短舱声衬作为飞机降噪的关键手段，其设计的成功与否强烈依赖于声学性能验证实验技术的发展。短舱声衬的声学设计一般分为两个层面，各自关注不同的研究目的与验证对象。在初步设计层面，一般借助声衬声阻抗提取技术对阻抗设计进行验证；在详细设计层面，一般使用缩比尺度和全尺寸短舱样件、借助声模态测控技术对整体声学效果进行验证。本文对比了基于双传声器法和直接提取方法发展而来的声衬阻抗提取技术，和基于相位控制阵列方法发展而来的声模态测控技术，以及这两种技术在发动机进排气道声衬设计中的应用。研究结果表明，双传声器法在低频下具有更高的精度，高频范围内双传声器法和直接提取方法的精度均降低，中频范围内双传声器法和直接提取方法的无量纲声阻和无量纲声抗差别小于0.2,均展示了较好的适用性。基于相位精细控制的旋转声模态发生技术研制的发生器能够产生超过10 dB以上的模态分辨率，能够用于测试声衬对多个目标模态的调控效果。为了进一步研究无缝声衬降噪量提升的主要机制，实验中使用模态发生器依次发出单独纯净的声模态，对两型声衬实验件开展对比测试。采用新一代技术研制的无缝声衬相比上一代成型工艺制成的带拼缝声衬在多声模态调控和关键...     

带加热偏流的声衬对热声不稳定性的控制方法

通过实验方法研究了热声不稳定性极其被动控制方法。搭建了水平放置的Rijke管热声不稳定性实验装置,采用电加热的热丝作为热源。实验中发现加热功率及加热丝前后空气的温度比对热声不稳定性的发声强度有着一定的影响。实验中尝试了采用背腔和穿孔板结构的声衬对热声不稳定性进行控制。其中背腔中可以通入偏流空气,且偏流空气的流量、温度均可以调节。实验发现:背腔中通入偏流空气可以增强对不稳定性的抑制效果,且随偏流速的增加,控制效果变好。此外,发现提高偏流空气的温度对提高声衬对热声不稳定性的控制效果作用不明显。      

风扇后传声降噪声衬设计方法及实验验证

针对航空发动机风扇后传声降噪问题,开展了外涵道降噪声衬设计方法研究。将声衬设计过程分为两步,通过采用基于半经验声阻抗模型的声衬设计方法针对给定的声源频率进行初步设计,获得较优的声阻抗及相应的声衬几何参数。之后在初步设计结果的基础上,利用基于高精度计算气动声学的声传播计算软件对声阻抗进行优化,并得到最终的优化方案。为验证提出的设计方法,在全消声室内的风扇后传声降噪声衬测试台分别对初步设计声衬和优化声衬进行了实验验证。实验中采用扬声器模拟风扇声源,给定声源模态为(1,0),频率为3150Hz,内涵出口马赫数为0.8,外涵出口马赫数为0.6。结果表明:在给定的声源模态和频率下,初步设计的声衬可以取得10dB的降噪效果。优化设计的声衬相较于初步设计声衬,远场噪声可以再降低3~4dB。      

声衬流动声性能测量的流管实验装置设计及调试

管道风扇声衬优化设计的重要环节是实验验证所设计的声衬结构在设计的流动工况下能否具有所要求的声学性能,本文回顾了验证实验装置流管设备的发展历史,介绍了北京航空航天大学所建立的流管装置的结构和工作原理,以及初步的调试,实验说明工作段流场均匀,无流动的声场满足波导管理论,初步调试表明该装置基本满足设计要求,调试是初步的,有、无流动条件的管口的声阻抗测量及其它有关流管的实验研究还有待进一步进行。      

薄壁板结构声激励载荷作用下的响应谱估算方法

本文提出一种估算薄壁板结构在声激励载荷作用下的响应谱的方法。这一方法借助板式结构的线性振动理论, 研究薄壁板结构在声激励载荷作用下动力响应问题, 引入结合受纳函数来考虑结构模态的波长和声波长在空间的耦合程度。本文给出的估算薄壁板结构声激励响应的方法, 不仅对规则的几何结构有效, 而且也应用于复杂薄壁板结构的分析。并将估算的结果与实验值做出了比较, 较为吻合。