发动机风扇和外涵道噪声传播计算及优化

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1、万方数据Master'sDegreeDissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityTHECOMPUTATIONANDOPTIMIZATIONOFFANANDBYPASSDUCTNOISEOFAIRCRAFTENGINEAuthor:XuYaoAdvisor:AssociateProf.SongWenbinSpecialty:FlightVehicleDesignFebruary19,2013万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据摘要发动机风扇与外涵道

2、噪声传播计算及优化摘要噪声是大型客机设计的关键指标之一，世界主要航空管理机构对民用飞机的噪声特性不断提出新的要求。影响民用飞机适航噪声的主要噪声源包括机体噪声和发动机噪声，随着大涵道比发动机技术的发展，发动机的噪声水平虽然已经有了明显降低，但是在起飞和着陆阶段，发动机噪声仍然是大型客机的主要噪声源之一。随着发动机风扇直径的不断增大，喷流速度不断降低，使得喷流噪声在发动机总声源中的比例越来越小，而风扇噪声所占的比例越来越大，风扇噪声的传播成为目前航空声学研究的主要问题之一。本文选取大涵道比涡扇发动机的典型几何外形，通过计算流体力

3、学（CFD）方法计算得出流场，再使用时域有限差分法求解2.5D线化欧拉方程（2.5DLEE）进行给定声源的声传播计算。其中，时间推进使用4/6阶Runge-Kutta法，空间离散采用6阶紧致格式，和人工选择性阻尼等数值方法，利用C语言编写计算程序，计算发动机近场的声传播。为了分析远场的噪声水平，本文使用FW-H积分方法，获得远场观察点的声压级。在分析计算的基础上，本文将使用CAA方法计算得出的远场观察点的声压级作为目标函数，通过编写程序实现发动机进气到的参数化建模，并结合实验设计（DoE）的方法和Kriging模型为基础的优化

4、方法对进气道外形的声学特性进行了初步优化，优化过程中同时考虑了气动约束条件，确保风扇进气道的总压恢复系数没有明I万方数据摘要显的变化。本文结果验证了时域有限差分法CAA方法与基于Kriging的优化方法相结合开展低噪声优化的有效性，对进一步研究气动约束调价下的低噪声设计提供了基础。关键词：气动声学；CAA；大涵道比涡扇发动机；Kriging方法；优化设计II万方数据ABSTRACTTHECOMPUTATIONANDOPTIMIZATIONOFFANANDBYPASSDUCTNOISEOFAIRCRAFTENGINEABSTRA

5、CTThenoiseofaircraftengineisanimportantfactorinthedesignofcivilaircraft,asnoiseispartoftheairworthinessregulationsadoptedbymajoradministrations.Theoverallaircraftnoiseincludesthenoisecomingfromtheengineandtheairframe.Althoughtheenginenoisehasbeenreducedsignificantly

6、bytheuseofhighbypassratioturbofanengines,itisstilloneofthemajorsourcesoftheoverallaircraftnoise,inbothtake-offandlandingstages.Highbypassratioturbofanenginehasmuchbiggerfansandthereforereducedjetspeed,whichmakesenginefannoiseanincreasinglyimportantfactorinreducingth

7、eoverallaircraftnoiselevels.InthisthesisCFDmethodisusedfirsttocalculatethemeanflowfieldofengineintake,then2.5DlinearizedEulerequationsisderivedtocalculatethenoisepropagationintheengineintakeandbypassduct.Runge-Kuttaintegrationisusedfortimemarchingandsix-ordercompact

8、schemesandartificialselectivedampingareusedinspatialdiscretization.FW-Hintegrationisusedtocalculatethenoiselevelsatcertainobserverpointslo