弹性空腔流致噪声∕结构振动特性试验

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstronauticaSinicaJul．252017V01．38No7SSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．crlhkxb@buaa．edu．cnDOI：10．7527／S1000—6893．2017．120873弹性空腔流致噪声／结构振动特性试验王显圣1’2一，杨党国1’2，刘俊1’2，施傲2，周方奇2，吕彬彬21。中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室，绵阳6210002．中国空气动力

2、研究与发展中心高速空气动力研究所，绵阳621000摘要：高速空腔中经常存在高强度且多频率分量的流致噪声，空腔噪声与结构振动之间耦合效应严重，甚至可能发生结构共振。为此，在0．6m×0．6111高速风洞中，通过调整空腔底板厚度，改变其结构固有频率，模拟空腔流致噪声／振动相互作用。利用脉动压力和振动加速度测试技术，获取亚跨声速条件下，弹性空腔流致噪声特性及其结构振动响应特性。马赫数变化范围为0．6～1．2。结果表明，当振动强度较弱时，结构振动对空腔噪声影响较小，而空腔噪声对结构振动影响较大，在噪声载

3、荷主频位置，振动谱出现峰值并且噪声／振动相关性达到最强；此外，空腔结构振动还与其固有频率特性密切相关，振动主要以低阶模态为主。关键词：弹性空腔；流致噪声；气动声学；结构振动；风洞试验中图分类号：V211．7文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)07—120873—10在航空航天领域，空腔结构普遍存在于各类飞行器部件中，如内埋武器舱、飞机起落架舱等，其在提高飞行器隐身性能以及降低飞行阻力等方面具有重要作用。然而，高速来流条件下，空腔中经常存在高强度且多频率分量的噪声载荷[1]，能够

4、使空腔薄壁结构产生弹性变形，加速其疲劳破坏，甚至导致结构共振，危及飞行器系统结构安全和作战效能提高。因此，弹性空腔流致噪声与结构振动耦合特性研究，对于探索飞行器非定常流动／振动／噪声耦合机理等前沿基础问题，以及内埋武器舱结构优化设计等工程实际问题具有重要的研究意义。空腔噪声与流激振荡现象密切相关，并具有明显的非定常和非线性特征[2]。空腔前缘涡扰动在剪切层不稳定性作用下不断增长，当涡扰动撞击空腔后缘时，流场中辐射声波，腔内形成多波叠加的扰动传播方式，当波前传至边界层分离区时，流场中产生新的扰动并

5、形成反馈回路，引起流动自持振荡。从20世纪50年代开始，国内外机构对该问题开展了大量研究[3。4]。Rossiter[51基于这种观点建立振荡频率预估模型，取得了与试验一致的结果。不过，在Rossiter模型中，腔内声波前传速度利用来流声速表述，根据腔内温度测量结果，二者并不相等，故而Heller等[6]对Rossiter模型进行了修正，扩展了其适用范围。空腔流激振荡现象主要受到空腔几何形状和来流条件等因素的影响(如空腔长深比、长宽比、来流马赫数、雷诺数和边界层型态等)。Stallings和wi

6、lcox[7]通过风洞试验发现空腔长深比是影响流动自持振荡的主要因素，随着长深比不同，空腔开口区域剪切层型态发生明显变化，并撞击到腔内不同区域。Beresh[83和Arunajatesan[97等结合试验和数值方收稿日期：2016．10—20；退修日期：2016—11—04；录用日期：2017-02-07；网络出版时间：20”-02·1713：22网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／11．1929V20170217．1322．004．html基金项目：国家自然科学基金(

7、11602287，11402286)*通讯作者．E—mail：xishw@hotmailcom飘甩格武t王显圣，杨党国，竭俊，等．弹性空驻流致噪声／结构振动特性试验￡J]．航空学报，20t7，38(7)：120873．WANGXS，YANGDG。LluJ．etaliTestoninteractionsbetweenaeroacousticnoiseandstructuralvibrationinelasticcavityflowEJJ．ActaAero—nauticaetAstronautica

8、Sinica，2017，38(7)：120873，120873．1航空学报法研究了不同长宽比的三维空腔流动特性，当空腔宽度较小时，侧壁附近的流向涡影响了剪切层不稳定特性。空腔流激振荡现象还与剪切层不稳定性密切相关，当空腔前缘边界层发生分离以后，剪切层两侧存在较大速度差，剪切层高度敏感，涡扰动在运动过程中不断增长，形成反馈回路口⋯。Bian等[113采用高时间分辨率PIV(ParticleImageVelocimetry)技术研究剪切层中涡扰动的不稳定增长特性，分析了流动结构相干特性和涡／固壁相互