风扇噪声的混合数值方法研究.pdf

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1、第45卷第6期2015年11月航空计算技术AemTl眦ticalC锄putiIlgTechniqIIeV01．45No．6Nov．2015风扇噪声的混合数值方法研究薛东文，燕群，黄文超(中国飞机强度研究所，陕西西安710065)摘要：为获得风扇孤立转子噪声信息及评估降噪设计的效果，采用了一种混合数值方法来模拟航空发动机的风扇噪声。运用非定常雷诺应力平均方法构造出了风扇声源，应用边界元方法对一种低噪声设计的弯掠风扇叶片以及进气道声衬效果进行了分析。结果表明，两类降噪措施可以改善叶片的噪声源特性和机身表面的风扇纯音噪声量级。关键词：风扇噪声；混

2、合数值方法；进气道声衬；弯掠叶片中图分类号：235．13文献标识码：A文章编号：1671．654x(2015)06．0028一04Hybr试N眦眦ri翰lMethodfor1．肌NoisexUEDong—wen，YANQun，HUANGWen-chao(A讹n咖跏，够^如se口rc^胁t如u抛，A啪，瓜’口，l710065，C砌m)Ak出锄ct：Ahybridnumericalmetllodisusedtosimulatethefannoisef而maeroengine．Suchworkisaimedtoacquiresourcestren

3、gthoftherotorbladeandtoobtaint}leacousticloadonfuselage．ThefannoisesourceiscalclllatedusingperiodicUR～NScode．Aswe印rotorbladedesigrI锄dillletductlineraremodeUedto鹪sesstIleirpotentialindecre鹊ingfhnoise而tllBEM，andresultsindicatedpromisingtonalnoisereduction锄dsi印ificaIltbmadban

4、dnoisereduction．Keywords：f抽noise；hybmnumericalmetllod；acoustic1iner；sweepblade引言随着高涵道比涡扇发动机的发展，发动机风扇噪音已成为主要声源。对风扇噪声的预计方法研究和低噪声设计、噪声控制方法均是现阶段国内外的研究重点，针对风扇噪声由纯音噪声和宽带噪声叠加而成的特点，对两部分声能量的成因和传播规律的预测方法是低成本、高效研究的重要手段。目前使用较广泛的风扇噪声预计方法是基于海德曼模型⋯的半经验方法，以及NASA的ANOPP代码中使用的Zommski模型【21和ES

5、DU软件包¨o的半经验方法等。它们共同的缺点是不能考虑新的降噪设计。对于航空发动机短舱声传播的研究同样持续了多年，但多数研究中的激励源是基于，I'ylor．So衔n的模态波，对风扇声源的模拟过于简化。近年来发展起来的气动声学和经典声学的混合方法，则在处理上述问题的适用性上了一个台阶。Envia等人认为采取适当的模型，能够保证噪声预测的合理与准确HJ。其中最常见的方法是首先使用非定常方法获得流场和风扇声源，再通过高分辨率的声学网格进行噪声传播预测。然而，此方法对宽带噪声而言挑战依然存在∞J。另外，已知弯掠转子对纯音的抑制效果显著，因为载荷在叶

6、片表面更好地分布，偶极子源强度得以降低。最近Topol等人的研究则表明弯掠同样可以降低宽带噪声‘6

7、。在本文的研究中，采用了一种混合数值方法来模拟航空发动机的风扇噪声。混合方法包含数个步骤：首先使用uRANs对亚音速条件下风扇叶片的载荷等进行计算，构造叶片声源；其次，创建一个由等径机身段、部分机翼和轴对称短舱构成的简化模型。最后应用BEM方法进行声传播仿真分析，结果用以评估弯掠叶片和短舱声衬的降噪效果。1风扇噪音产生和传播的混合数值方法本文的建模过程包含三步：在第一步中为非定常流动计算建立全尺寸风扇模型。在第二步中，使用非定常流动计算的结果

8、构建单极子和偶极子两类声源。收稿日期：2015一06—12修订日期：2015一11—01基金项目：国家“973”计划项目资助(2012cB720200)作者简介：薛东文(1986一)，男，甘肃民勤人，工程师，硕士，主要研究方向为航空声学。2015年11月薛东文等：风扇噪声的混合数值方法研究·29·在第三步中，建立包含全尺寸机身段、机翼和短舱的简化模型，用于使用边界元方法对声辐射进行预计。仿真过程中，重点对一种弯掠叶片和声衬进行了考虑，建模分析两者的降噪能力。1．1简化风扇模型的URANS建模某全尺寸简化风扇模型由18片宽弦弯掠叶片、风扇罩帽

9、和轴对称的涵道构成。弯掠叶片经过精细设计，在满足降噪要求的同时推力损失很小。主要采取的措施包括尽可能地在整个叶片表面分布载荷／推力，以尽可能减少叶片的偶极子强度；在满足强度指标的