快速声散射方法在变截面管道中的应用

 快速声散射方法(FSM)是一种基于无流动Helmholtz方程边值问题的声散射预测工具,具有快速、灵活的特点.以航空发动机消声短舱的声学设计为背景,用该方法对变截面管道声传播特性进行数值模拟研究,用直接边界元方法(DBEM)进行数值求解,避免了求解管口反射系数,有效地提高了计算速度.数值研究了刚性壁面和不同位置壁面声衬组合对变截面圆环管道形状声传播的影响,并分析了管道厚度对散射声场的影响,数值结果与声类比方法结果进行了相互验证.最后,还对一种真实转子声源进行了管道声散射的数值研究,结果表明本方法在航空发动机声学设计中具有工程应用价值.     

有限厚度变截面管道噪声的数值研究

为了研究航空发动机消声短舱声传播的物理机制,采用快速声散射方法计算管道风扇远场散射问题,使用该方法不但可计算变截面管道风扇的噪声,还可计算有限厚度对声散射的影响.通过数值模拟分析了两种不同简化管道形状(等截面圆管、变截面圆管)中管道厚度对散射声场的影响,当管道厚度超过半径的2%时,管道厚度对散射声场的影响不能忽略,研究成果为声学预测中管道厚度的选择提供了参考依据.      

考虑变截面影响的航空发动机短舱声学模型及数值结果

针对航空发动机短舱声学设计的需要,发展一种快速计算方法——传递单元法(TEM),并与直接边界元方法相结合,计算发动机远场声辐射。TEM以等价分布源方法为基础,该方法的优势在于易于计算变截面管道内的声传播,同时,对管道内部声衬位置及长度没有任何限制。给出更接近于真实发动机形状的声辐射算例。     

一种新的有限长等截面航空发动机短舱声学模型及数值结果

基于航空发动机短舱声学设计的需要,发展一种与以往工作不同的有限长管道声学模型声场的计算方法——直接边界元和传递单元法相结合。本方法对管道内部几何条件和声衬的敷设情况有更少的限制,可以很好地用于分段声衬的优化设计,并且提供求解有限长变截面管道声学模型的基础。     

一种可用于声衬优化设计的管道声传播有限元模型

以航空发动机消声短舱声学设计为目标, 发展了一种管道声传播有限元模型, 它包含了壁面声阻抗、管道截面积和形状变化、以及管内非均匀流动等典型影响因素.应用该模型针对一种真实的高速转子声源进行了管道消声的数值模拟, 不仅得到了细致的管内声场分布情况, 更利用其快速的特点完成了声衬声阻抗的优化计算.结果表明该模型具有工程应用价值.      

基于有限元/边界元耦合方法的管道进口声传播及声辐射模型

发展了一种基于有限元和边界元耦合方法的管道进口声传播及声辐射计算模型.该模型将整个声场分为内部有限域和外部无界域,分别用有限元和边界元方法求解控制方程,在两者之间的界面上使用具有物理意义的声阻抗参数进行匹配,并通过一种快速迭代方法实现全声场求解.这种迭代方法可以保证有限元刚度矩阵等带宽以及对称的特性不被破坏,有助于提高计算效率.该模型先得到了Levine-Schwinger标准解的检验,进而在无流动情况下对于简化的航发短舱进口管道模型进行了噪声辐射现象的数值模拟,最后基于计算结果分析了声衬对远场声辐射的影响.      

一种基于有限元/边界元耦合方法的管道进口声传播及声辐射模型

本文发展了一种基于有限元和边界元耦合方法的管道进口声传播及声辐射计算模型。该模型将整个声场分为内部有限域和外部无界域,分别用有限元和边界元方法求解控制方程,在二者之间的界面上使用具有物理意义的声阻抗参数进行匹配,并通过一种快速迭代方法实现全声场求解。这种迭代方法可以保证有限元刚度矩阵等带宽以及对称的特性不被破坏,有助于提高计算效率。该模型先得到了Levine and Schwinger标准解的检验,进而在无流动情况下对于简化的航发短舱进口管道模型进行了噪声辐射现象的数值模拟,最后基于计算结果分析了声衬对远场声辐射的影响。     

基于模态发生器的进气道风扇噪声及声衬降噪实验

为研究发动机进气道风扇噪声特性及声衬降噪效果,使用模态发生器提供声源,采用固定麦克风阵列和旋转扫描耙装置测量进气道内噪声信号,进而利用周向和径向模态分解方法得到声模态幅值,对影响模态分解结果的关键因素进行了研究.对周向模态在时域内进行分解,得到幅值和相位的时变特性.最后完成了2套声衬实验件降噪效果测试.结果表明:模态发...     

变截面脉冲爆震火箭发动机实验研究

在8Hz频率下,以煤油为燃料,氧气为氧化剂,当量比为1．0的条件下,进行了变截面脉冲爆震火箭发动机的实验研究,其中包括等截面发动机,扩张型发动机,收敛型发动机,扩张一收敛型以及收敛一扩张型发动机。总结出了发动机横截面积变化影响爆震波传播的一些规律,得到了横截面积变化对发动机平均推力的影响。     

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.      

基于EFFD方法的自然层流短舱优化设计

在设计短舱外罩型线时,希望尽可能使其表面边界层保持层流状态,以减小摩阻,提高有效载荷。理解边界层的转捩机制,并准确预估转捩发生的位置,有利于有效评估不同外罩型线设计方案。以巡航状态下3种不同外罩型线的通气短舱为研究对象,采用线性稳定性理论分析了边界层稳定性特征,并综合考虑T-S波和激波诱导分离泡这两种转捩机制,预测了不同外罩型线下短舱边界层的转捩位置。结果表明,逆压梯度越大,T-S波越不稳定,流动分离的位置也越靠前。因此,设计时应尽可能保持大范围的顺压梯度并减小逆压梯度,这将有利于推迟转捩发生。此外,针对风洞实验中的短舱缩比模型,比较了预测的转捩位置与实验转捩位置,发现两者的转捩线在形态上非常一致,进一步证实了预测方法的有效性。

     

跨声速自然层流短舱气动设计和风洞试验研究

当边界层从层流转变为湍流时,表面摩阻显著增加。因此,准确预测短舱表面边界层的转捩位置才能准确预估表面摩阻,从而有效评估短舱外罩型面设计对全机阻力带来的影响。目前,工程上被认为最有理论根据的转捩预测方法是基于线性稳定性理论的e^N方法。本文以宽体客机发动机翼吊短舱为研究对象,分析了巡航状态下短舱表面边界层的稳定性特征,并对边界层的转捩位置进行了预测。首先,基于多块网格并行计算的CFD求解器得到基本流场,采用线性稳定性理论分析了典型工况下短舱边界层的稳定性特征;之后,采用e^N方法给出了短舱表面转捩线的分布,并分析了攻角和巡航马赫数变化对边界层稳定性和转捩位置的影响规律。结果表明,巡航状态下,短舱表面边界层的转捩主要由T-S波失稳导致,横流方向的速度分量大小不到边界层外缘流速的3%,横流不稳定性的影响较小。攻角增大,短舱背风面及侧面大部分区域的转捩位置前移,而迎风面附近转捩位置明显后移。马赫数越大,T-S不稳定波的频率范围和增长率均减小,边界层更稳定,转捩位置更靠后。     

尾吊布局民机短舱防火区热影响计算分析

本文给出了尾吊布局的民机发动机短舱与机身组合体的三维空气流动与传热的物理和数学模型．根据发动机短舱和机身的组合模型特点,应用非结构化网格和柱状附面层网格对计算区域进行划分,采用k-ε湍流模型和相应的对流换热、辐射换热模型模拟了短舱风扇罩表面着火后对附近机身的热影响．分析认为采用CFD分析可在防火区选型设计阶段起到辅助作...