直升机旋翼气动噪声预测方法研究

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1、西北工业大学硕士学位论文直升机旋翼气动噪声预测方法研究姓名：韩忠华申请学位级别：硕士专业：流体力学指导教师：宋文萍20030301西北工业大学硕：t学位论文摘要本文结合CFD(计算流体力学)技术与气动噪声时域理论，求解直升机旋翼悬停和前飞流场及流场气动噪声。采用“双时间法”求解了旋翼绕流的三维非定常欧拉方程。为了多桨旋翼旋转、变距等复合运动的准确描述，采用了多块分区运动网格技术。噪声计算以旋翼流动解为基础，采用了气动噪声时域理论提供的三种预测方法，包括求解FfowcsWilliams—Hawkings方程的Farassat方法、求解广义波动方程的

2、Kirchhoff方法以及结合前两种方法的K．FWH方法。文中进行了这几种预测方法的详尽推导和说明，并给出了旋转点源、悬停和前飞旋翼的噪声预测算例。本文的主要工作表现在以下几个方面：1．采用三维非定常欧拉方程数值模拟了旋翼前飞非定常流动。流动计算采用了多块分区运动网格技术。流动计算采用惯性坐标系作为参考系，这样控制方程没有出现由坐标系旋转带来的源项。通量项计算直接在惯性坐标系下进行．没有投影到旋转坐标系下，方便了计算。通过无升力前飞和有升力前飞的算例表明，流动计算结果正确、可信，这为求解气动噪声奠定了基础。2．采用广义函数理论推导了FfowcsW

3、itliams，Hawkings方程(简称FW．H方程)，并运用自由空间格林函数积分的方法得出了FW-H方程的解；推导了广义波动方程一Kirchhoff方程和它的解；从理论上分析了FW-H方程和Kirchhoff方程的联系，并推导了新的噪声计算公式一K．FWH公式。3．提出了采用多个气动声学公式预测旋翼噪声的统一算法，独立研制了气动噪声预测程序NOSPRE。NOSPRE集成了三种噪声预测方法，可采用固定或旋转的声源面来预测跨音速旋翼悬停和前飞时的气动噪声。NOSPRE还具有模块化的主体框架，易于扩充和发展。4．采用旋转点源、UH．1H悬停旋翼、A

4、H．I／OLS前飞旋翼作为算例，对所采用的各种噪声预测方法进行了比较。数值研究表明：Farassat1A公式在预测线性噪声方面简单有效，适用于亚音速旋翼的噪声预测；Kirchhoff公式和K—FWH公式均能够预测跨音速旋翼声场，并且具有较高的精度；当声源面位于流动非线性时，Kirchhoff公式会导致很大的计算误差，而K—FWH公式不存在这样的问题。关键词：旋翼，气动噪声，Kirchhoff公式，FW．H方程，双时间法西北工业大学硕十学位论文AbstractCombiningCFDtechnologyandaeroacoustictheoryin

5、timedomain，thehigh-speedimpulsive(HSl)noiseofhelicopterrotorinhoverandinforwardflightwaspredictedandinvestigated．Bymeansofdual-timesteppingmethodandmovinggridstechnique，wesolvedthe3-DunsteadyEuler’equationsforhelicopterrotorinforwardflight，andobtainedthenear-fleldHS[noiseTaki

6、ngthenear—fieldsolutionastheinputtingdataforaeroacoustieformulas，wesolvedthefarfiledHSInoiseofrotorsbyseveralmethods，whichincludeFarassatmethodsolvingFW—H(Ffowcs-WilliamJHawkings)equation．Kirchhoffmethodsolvinggeneralwaveequationandacombinedmethod(K—FwHmethod)．Thus．wedevelope

7、daseriesofmethodspredictingtheaeroacousticnoisefortransonicrotorinhoverandinforwardflightbasedonCFD／Aeroacousticsmethodology．Thequantitativecalculationsforarotatepointsource，UH一1HrotorandAH-I／OLSrotorshowedthattheresultswereingoodagreementswiththeexperimentaldataandotherresea

8、rcher’S．Themainaspectsofthisdissertationareasfollows：1．Theunsteadyfl