分开排气式喷管喷流噪声预测及试验研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronaulicaSinicaJun．252016VoI．37No．61790．1797ISSN1000—6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaaeduca分开排气式喷管喷流噪声预测及试验研究吴飞1’*，邵万仁1，何敬玉2，李晓东2，王德友11．中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳1100152．北京航空航天大学能源与动力学院，北京100083摘要：为揭示涡扇发动机分开排气式喷管喷流噪声的频谱分布和指向特性，对喷管缩比模型远声场喷流噪声进行了预测及试验研究，并开展

2、了全尺寸喷管基准型及锯齿型喷流噪声的预测工作。结果表明：采用Tam&Auriault方法可以预测出喷流噪声的声压级值和空间指向分布，喷流噪声具有明显的指向性。与基准型喷管相比，锯齿型喷管具有良好的降噪效果；内外涵锯齿型喷管在中低频段的降噪效果优于内涵锯齿型喷管，在高频段的降噪效果差于内涵锯齿型喷管；在本文研究参数范围内，指向角小于88。时内外涵锯齿型喷管总声压级(OASPI。)值高于内涵锯齿型喷管。关键词：分开排气式；喷流噪声；Tam&Auriauh方法；锯齿型；总声压级(OASPL)中图分类号：V231．1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)

3、06—1790—08分开排气式喷管是大涵道比涡扇发动机常用的排气装置，在涵道比5．5以上的发动机上应用广泛。大涵道比涡扇发动机的噪声源包括风扇噪声、喷流噪声以及发动机内部的压气机、燃烧室和涡轮产生的向外辐射噪声。其中，喷流噪声和风扇噪声是最主要的噪声源[1]。随着涵道比的增加，发动机噪声源的特点也发生了较大的改变，其中最重要的收益就是喷流噪声得到了较大的控制，尽管如此，飞机起飞时喷流噪声仍占主导地位。喷流噪声不仅是军用飞机固有的目标特征，而且也是社会普遍关注的公害之一，降低航空发动机的喷流噪声在军用和民用等方面有着重要的现实意义[2]。采用锯齿型喷管，利用锯齿产

4、生的流向涡[3。4]，加强喷流与周围大气环境的混合[5。6]以降低喷流速度，从而抑制喷流噪声。Saiyed[71和Nesbitt[81等在锯齿型喷管的降噪性能和发动机的推力损失方面做了大量研究，结果表明，锯齿型喷管使噪声从低频段向高频段迁移，发动机推力损失较小。单勇等[21针对锯齿型喷管齿数的变化对降噪效果的影响进行了分析，结果表明，在一定的齿数范围内，增加齿数可以导致低频段降噪量的增加，同时增大高频噪声，但是当齿数达到一定值时，增加齿数对高频噪声的影响并不明显。Saiyed[91和Callender[41等对带有吊挂的分开排气式系统进行了大量的测试，优化后的锯

5、齿结构在飞机起飞时可以降低噪声约2．7EPNdB(EPNdB为有效感觉噪声分贝)。因此，锯齿型喷管是目前认为降低中高涵道比发动机喷流噪声的最好方法之一。自Lighthillll0。于1952年通过重组Navier—Stokes方程得到Lighthill方程后，气动声学及喷流噪声的预测就沿着声类比的方向发展，能够应用经典声学的方法求解气动噪声，并且得到了速度8次方等有意义的结果，但从Lighthill方程出收稿日期：2015—04—07；退修日期：2015—08．06；录用El期：2015．09—16；网络出版时间：2015—10．1615：45网络出版地址：WW

6、W．cnkinet／kcms／detail／11．1929．V．20151016．1545002htmI基金项目：国家“973”计划(201208720201)*通讯作者．Tel：024—24281489E—mail：wf6062011@163．com歌用格式：吴飞，辞万仁。何敬玉，等．分开摊气武喷管喷流噪声颈溺及试验研究!Jj航空学报．2016．37(6)，1790—1797．WUF。SHAOWR。HEJV。eta1．Experimentalandpredictionresearchonjetnoiseforseparatedexhaustnozz

7、e!JI．

8、ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2016。37(6)：1790—1797(inChinese)吴飞，等：分开排气式喷管喷流噪声预测及试验研究发，声源项中包含太多非真实声源信息，声场求解的准确性很大程度上受到声源模化的影响。由于经典声类比理论的固有缺陷，如不能考虑声场与流场如何相互作用等问题，因而制约了其进一步发展。进入20世纪80～90年代，随着试验数据的丰富，Tam¨1]通过分析大量数据得出湍流噪声与喷流流动一样也具有相似性，并把湍流噪声与湍流对应，分为大尺度湍流噪声和小尺度湍流噪声，其中大尺度湍流噪声局限于马赫锥内，在

9、下游占主导，而小尺度湍流