飞行参数对旋翼桨-涡干扰噪声特性的影响机理研究.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov．252013V01．34No．112520．2528ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．ca飞行参数对旋翼桨一涡干扰噪声特性的影响机理研究史勇杰*，徐国华南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，江苏南京210016摘要：针对旋翼桨～涡干扰(BVI)现象的复杂特征，建立了一个耦合欧拉一拉格朗日数值方法用于干扰过程中脉冲

2、气动载荷的计算。该方法将旋翼流场计算域分为两部分：在桨叶附近区域，通过求解Navier-Stokes方程来模拟流场中旋翼桨尖涡的形成；在尾迹输运区，采用自由尾迹模型表示尾迹涡的运动及其影响。噪声的计算采用基于声学类比法的FW—H方程。应用上述方法以AH一I／OLS旋翼为研究对象，分析了桨盘迎角、前进比和拉力系数3个飞行参数对BVI噪声特性的影响。计算结果表明：BVI噪声具有很强指向性，受桨盘上多处干扰的共同作用，噪声可能向直升机前下方多个方向传播；通过调整下降角度和前飞速度，增大平行干扰的垂直干

3、扰距离，可有效地规避强BVI的出现；拉力系数变化会引起传播方向的改变，而对干扰噪声的强度影响不大。关键词：桨一涡干扰；旋翼噪声；耦合欧拉～拉格朗日方法；计算流体力学；自由尾迹；直升机中圈分类号：V211．52文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)11-2520—09直升机工作时，旋翼桨叶始终处于当前以及其他桨叶产生的螺旋型桨尖涡中，在悬停、爬升／下降等飞行状态下会出现桨叶与尾迹涡靠近相遇的情况，形成特有的“桨一涡干扰”(Blade—VortexInteraction，BVI)现象

4、，干扰会使得桨叶气动载荷产生脉动，而导致旋翼、机身出现较高的噪声和振动水平。这种干扰一般发生在旋翼尾迹涡还未发生明显耗散时，因而对旋翼结构、直升机飞行操纵、声可探测性以及乘客的舒适性等产生很大的影响。BVI问题一直是直升机空气动力学和气动声学的研究重点之一[1]。BVI噪声的本质仍是载荷噪声口]，准确地捕捉桨叶表面的气动力分布是计算噪声的关键。鉴于尾迹涡在干扰现象中的重要性，先前很多研究中采用了基于拉格朗日描述的自由尾迹方法[3。4]。计算结果表明，尾迹方法可较好地预测BVI噪声的传播特性，但在

5、声压级数值上存在一定误差，这与方法中的线性气动力模型不能有效捕捉前行侧干扰时沿桨叶展向的气流压缩性影响有关。近年来，随着计算流体力学(CFD)技术在旋翼气动研究中的应用[5]，一些研究者尝试将全流场CFD方法用于BVI噪声的研究中，如文献[6]～文献E83。虽然此类方法可以通过加密网格、采用高阶格式和自适应网格等方法来减小数值耗散，但尾迹捕捉能力仍显不足，且计算资源消耗和工作量过大。因此，发展兼具计算精度和效率的数值方法对于有效开展气动和噪声研究是十分重要和必需的。研究BVI噪声的目的是为了降低

6、噪声，目前国外的研究重点主要集中于“旋翼设计降噪”，即收稿日期：2012．12-17；退修日期：2013-03-01；录用日期：2013-04—26；网络出版时间：2013-05．2012：01网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20130520．1201．001．html基金项目：江苏高校优势学科建设工程资助项目；中央高校基本科研业务费专项基金(NS2012035)*通讯作者．Tel．：025·84896444E-mail：shiyongjle@

7、nuaaedu．cn萼}撩格武tShiYJ。XuGH．Researchontheinfluenceoff'ghtparametersOfthelicopterrotorBVInoisecharacteristics．ActaAerceauticaetAstronauticaSinicat2013．34(11)：2520-2528．史勇杰．撩国华．飞行参数对旋翼桨一涡干扰噪声特性的影响机理研究．航空学报。2013．34(11)：2520-2528．史勇杰等：飞行参数对旋翼桨～涡干扰噪声特性的影响机

8、理研究通过改变桨叶气动外形避免平行干扰[9]、增加桨尖小翼削弱桨尖涡强度[1们或采取主动控制方法控制(如高阶谐波控制u1‘、桨叶主动扭转控制[12]等)增加垂直干扰距离来达到降噪目的。采用上述方法固然可以有效地降低BVI噪声，但需要注意的是，BVI现象的产生主要与直升机飞行时的拉力系数、飞行速度和下降率等飞行参数密切相关。因此，通过调整飞行操纵参数使得直升机能够避开一些出现强烈BVI的飞行状态来降低BVI噪声对于现有或已设计定型的直升机具有非常重要的意义。在文献[13]中，Schmitz和Sim