计及阻抗边界的涡扇发动机进气道气动噪声数值研究

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1、分类号：学号：学校代码：10487密级：博士学位论文计及阻抗边界的涡扇发动机进气道气动噪声数值研究学位申请人：王剑亮学科专业：机械设计及理论指导教师：黄其柏教授答辩日期：2015年月日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyofEngineeringNumericalResearchonAeroacousticNoiseofaTurbofanEngineInletwithLinerPh.D.Candidate

2、:WangJianliangMajor:MechanicalDesignandTheorySupervisor:Prof.QibaiHuangHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaNovember,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意

3、识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学博士学位论文摘要随着社会经济的快速发展，航空工业也

4、将快速的发展，而飞机噪声是制约航空发展的一个至关重要的因素。现代涡扇发动机的风扇噪声在飞机起飞和降落过程中占主要成分，被动声衬处理目前仍是控制风扇噪声的主要技术手段。为了设计和优化飞机发动机进气道内的噪声传播问题，急需发展能够考虑声衬阻抗边界的计算气动声学计算框架。本文将变阶次高精度度保色散差分（DRP）方法和时域阻抗边界条件相结合，提出一套计及阻抗边界的时域多重网格计算气动声学框架，并运用于简单缓变截面管道以及复杂的涡扇发动机的进气道气动声传播过程的计算。利用Fourier-Laplace变换研究了显式保色散高阶高分辨率有限差分格式的性能，对DR

5、P优化格式的积分区间选择的重要性做了清晰的阐述，进一步简化了积分区间自动选择的算法。详细地推导了大模板变截断精度显式差分格式的构造公式，提出了通用的格式简化优化算法，并比较了优化算法中的优化区间，优化目标函数等对优化格式的影响，最终得到一系列变精度DRP格式。随后采用1D对流谐波问题，2D高斯脉冲标准算例，以及一个相对比较复杂的多圆柱声散射问题验证了提出格式的精度和性能。这些格式将被用于后续的管道应用算例中。值得指出的是这些公式均借助现代计算代数系统（CAS）计算完成，在附录3中作者给出了相应的代码。这些代码对分析标准以及复杂的差分格式具有相当的通

6、用性，经小的修改将可以用于众多差分格式的分析，可以大大减小格式分析的工作量和错误。基于滤波器理论对Özyörük时域阻抗模型与实验数据拟合的初始值选择问题进行了详细的讨论，针对NASACT73实验声衬的公开数据验证了该初始值选择的合理性，从而降低Özyörük模型在直接拟合和使用中的难度，提高拟合的准确度，增进对模型参数对应滤波特性的物理理解。研究了扩展的Helmholtz共振器阻抗模型（EHRM）与物理模型参数之间的对应关系，论述了EHRM模型参数初选的基本原则，并采用非线性约束方法对模型进行直接拟合。基于余切函数的连续分式级数展开形式，找出EH

7、RM模型的五个参数和Özyörük模型多个参数之间的对应关系，从而建立了EHRM模型和Özyörük间的对应关系，这为EHRM模型转换为Özyörük提供了途径。由于EHRM模型转换为Özyörük模型为中低频近似，在转换之后需要再进行一次非线性拟合，通过两次非线性约束优I华中科技大学博士学位论文化的拟合方法，可以将EHRM模型转换为Özyörük模型，并保持与实验数据的高精度拟合。最后，本文从参数拟合、实现难度以及计算效率方面对EHRM阻抗模型和Özyörük进行了详细的对比。其中EHRM到Özyörük格式的转换采用计算代数系统推导完成。将变精

8、度显式差分格式和EHRM转换的Özyörük模型用于Rienstra提出的缓变管道模型，与相应的解析解以及有限元解进行了详