33-直升机尾桨涡干扰噪声试验研究- 何瑞恒-4

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1、第二十六届（2010）全国直升机年会论文直升机尾桨涡干扰噪声试验研究何瑞恒1黄汉超2龚亮1王华明1(1南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，南京，2100162解放军61213部队)摘要：为了探索直升机尾桨与旋翼尾涡干扰噪声的影响因素和分布规律,在消声室中进行了尾桨与涡干扰噪声试验。利用新型涡发生器产生所需的干扰涡，针对不同的尾桨转速、总距和涡干扰角度，在不同的测量距离和方位角上进行了噪声测量。通过对试验结果的分析比较，得出了尾桨噪声的指向性，揭示了尾桨噪声的主要影响因素。关键字：尾桨噪声、涡干扰、指向性引言随着直升机技术的不断发展，噪声水平已经成为衡量其性能

2、的重要指标之一。就目前广泛采用涡轮轴发动机为动力的直升机来说，旋翼/尾桨的空气动力噪声对远场噪声的贡献最大，是直升机最主要的噪声源[1]。与旋翼相比，尾桨噪声有其特殊的发声机理。尾桨的工作环境复杂，主要受到旋翼下洗流的影响，旋翼尾涡与尾桨的干扰噪声是目前研究的热点。直升机尾桨噪声的研究始于20世纪70年代,Leverton[2]在其研究中指出旋翼尾涡与尾桨的干扰是尾桨噪声的主要来源。随后Schlinker和Amiet在声学研究风洞进行了尾桨的涡干扰噪声测量试验[3]。为了能够清晰直观的找出涡干扰噪声的产生机理和分布规律，研究者们采用了专门的旋涡发生装置[4]。该方法

3、是在尾桨入流处固定一段翼型段，产生旋涡作用于尾桨，以此代替旋翼尾涡的作用，研究旋涡对尾桨噪声的影响。这种方法产生的旋涡类似于旋翼脱下的桨尖涡，可以满足试验要求。1.尾桨与涡干扰噪声试验方案本次试验在南京航空航天大学航空消声室中进行，该消声室大小为8m×7m×6m，设有相应的进排气通道。在消声室中进行尾桨噪声试验避免了气流噪声、剪切层和多普勒效应对传声器的干扰。消声室背景噪声11．3dBA，下限截止频率80Hz。首先测量了孤立尾桨的噪声，然后安装涡发生器，通过调整涡发生器的位置，测量不同干扰状态下的尾桨噪声。本试验采用复合材料桨叶，桨叶平面形状为矩形，具体参数如下表所

4、示：旋翼直径1m桨叶扭转0°桨叶弦长0.06m桨叶翼型NACA0015试验装置如图1所示，为了避免回流，并利用消声室己有的排气通道，把电机轴水平放置，桨毂中心距地面尖劈距离为2m。为了降低声波的反射，取得更好的测量结果，试验时用厚度2cm的海绵对试验装置进行包裹。四片桨叶共面等距布置，夹角90°，桨根接头和桨毂通过螺栓连接，通过更换桨根接头手动调节桨叶安装角。根据试验所需的测量状态加工出几组不同构型的接头，共有0°，3°，6°，9°四个安装角。传声器固定在可升降的支架上，高度与桨毂中心保持水平。为考察噪声在不同方位角处的分布规律，从桨盘平面的后方开始每隔15°布置一

5、个测量点。尾桨轴正后方定为0°，正前方为180°。为研究测量距离对噪声分布规律的影响，在各方位角上距桨毂中心2m和3m处各布置一组测量点，具体如图2所示，图中圆点表示传声器位置。244图2测量点分布图图1尾桨与涡干扰试验布局尾桨由一额定转速为3000rpm的交流电机驱动，通过变频器调节转速，在稳定负载情况下桨叶转速控制误差小于±2rpm。试验所用的设备包括BSWA-MA201型传声器、LMS高速多通道数据采集仪（图3）以及声信号分析软件系统等，试验中为了减小旋翼下洗气流的影响，在部分传声器上添加了UA0386型风锥。LMS高速多通道数据采集仪最大可以采集20kHz带

6、宽的频率信号和170dB的声压级信号，能满足本次试验的要求。为了模拟平行和正交涡干扰对尾桨噪声的影响，本试验利用一种新型多翼型段组合式涡发生器（图4）来模拟旋翼尾涡。这种涡发生器主要是考虑到我国现有试验条件的不足进行了简化处理，但是相比于国外常规的翼型段式涡发生器，能够更大幅度的降低背景噪声，减少试验的干扰因素。在距涡发生器出口100mm处进行PIV测量，所得涡量分布如图5所示，速度分布如图6所示。将该截面上50组速度场数据采用条件平均，得出该涡发生器所产生的旋涡接近scully涡核模型，截面上涡核半径大约为8mm，周向速度峰值为13m/s，涡量的分布基本全部集中在

7、涡核之内，旋涡参数基本满足本次试验的要求。图3LMS高速多通道数据采集和分析系统图4新型涡发生器图5涡发生器出口处涡量分布图6涡发生器出口处速度分布1.试验结果与分析244本试验分别对孤立尾桨，平行干扰和正交干扰三种情况进行了噪声测量，每种试验情况涉及以下状态变量：桨距角（0°、3°、6°、9°），尾桨转速（2000、2200、2400、2600、2800、3000rpm），测量距离（2m、3m）。2.1孤立尾桨噪声图7是孤立尾桨在转速n=3000rpm，桨距角分别为6°和9°状态下距桨毂中心2m处的声压级分布。从图中可以看出，随着桨距角的增加，旋翼的噪声水平也