冠状喷口抑制涡扇发动机喷流噪声试验和数值研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252013V01．34No．51046—1056ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaaedu．crlhkxb@buaa．edu．cn冠状喷13抑制涡扇发动机喷流噪声试验和数值研究单勇h‘，张靖周1，邵万仁2，吴飞21．南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京2100162．中航工业沈阳发动机设计研究所，辽宁沈阳110015摘要：以揭示发动机喷流噪声声场分布和冠状喷口抑制喷流噪声为目的，对涡扇发动机排气噪声声场和喷流流场进行了试验和数值计算，对比分析不同结构的冠状锯齿对

2、喷流噪声的综合抑制效果。结果表明：采用大涡模拟(LES)、FWH(FfowcsWilliamsHawkings)声学模型和傅里叶变换的方法．可以预测出喷流噪声的空间分布和声压级值；冠状锯齿产生的阵列流向涡是强化流体问混合、降低喷流速度峰值、抑制喷流噪声的根本所在；在本文研究参数范围内，冠状锯齿结构不仅将排气喷流噪声由原型排气系统的159．6dB降低到154．3dB，而且冠状锯齿给喷管带来的损失控制在1．7％_以内。锯齿冠状结构对分开排气式大涵道比涡扇排气系统喷流噪声有抑制作用。关键词：涡扇发动机；锯齿冠状喷口；喷流噪声；大涡模拟；FWH方程中图分类号：V231．1文献标识码：A文章编号：10

3、00—6893(2013)05—1046—11涡轮风扇发动机主要声源有4个部分，即风扇／压气机噪声源、燃烧噪声源、涡轮噪声源和喷流噪声源。而大涵道比涡扇发动机的气动噪声主要来自于风扇、涡轮以及喷流。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L1。2]。发动机喷流噪声是高速气流与周围相对静止介质急剧掺混形成强烈脉动湍流引起的噪声，其噪声声功率几乎与喷射速度的8次方成正比，噪声功率的频谱与喷流的结构密切关联，具有明显的指向性口]。因此，采取一些技术措施降低排气核心速度是降低喷流噪声的关键。无论是内外涵分开排气

4、式涡扇发动机，还是内外涵混合排气式涡扇发动机，以降低喷流噪声为目的的技术手段的核心就是强化内外涵气流间的混合，或强化发动机喷流与外界环境气流的混合。目前发展的具体技术措施有：内外涵波瓣混合器口“J，锯齿冠状喷管混合器[7。9J，外涵喷口旋流器口。。11j，微喷射流口2。15一等。波瓣混合器产生的流向涡阵列可以在保持较高气动性能的条件下强化流体问的混合，降低高速核心流的峰值速度和减小核心流的核心区长度，但是内外涵波瓣混合器常常用于混合排气式涡扇排气系统。同样的，锯齿冠状喷管混合器也是一种强化两股流体混合的装置，与波瓣混合器相比较，其结构更简单，掺混损失小，更适用在内外涵分开排气的大涵道比涡扇发

5、动机喷管，并且已在CFM56等发动机上工程应用。最近，基于流体动力激励技术，人为的将多股二次流以一定角度射人发动机核心喷流，形收稿El期：2012—06—27：退修Et期：2012—07-25；录用日期：2012—08—16；网络出版时间：2012—09-2110：47网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929V201209211047001htmI基金项目：中央高校基本科研业务费资助(NZ2012109，NS2013019)*通讯作者．Tel：025—84892200—2605E-mail：nuaasy@nuaaeduCR科用格式；ShanY．ZhangJZ．

6、ShaoWR，eta1．ExperimentalandnumericalresearchORjetnoisesuppressionwithchevronnozzleforturbo—fanenginesActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2013，34(5)：1046—1056单勇，张端两．邵乃仁，等冠状喷仁擗钢涡赢发动机喷流噪声试验和数值研究航空学报，2013，34(5)：1046—1056．单勇等：冠状喷I：1抑制涡扇发动机喷流噪声试验和数值研究1047成对主喷流的扰动是一种新颖的噪声控制技术。New和Tay的水洞试验[131就证实了二次射流在主喷流出

7、口下游纵向截面产生转向互为相反的涡(CVP)强化喷流混合，由于CVP对主喷流的卷吸作用，将主喷流的大尺度结构分裂为小尺度结构，加快了剪切层内的动量交换，因此层流状态下的主喷流转捩提前，核心区长度缩短，揭示了微喷射流降低主喷流低频噪声的机制。但是二次射流的引入会导致发动机排气系统结构和控制上的复杂性，该项技术目前还处于试验研究阶段，距离工程应用还需很长的过程。国内外学者从噪声传播途径和噪声发生的指向性出发，对高