尾缘锯齿结构对叶片边界层不稳定噪声的影响

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov．252016V01．37No．113317．3327ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．CBhkxb@buaa．edu．cn尾缘锯齿结构对叶片边界层不稳定噪声的影响陈伟杰，乔渭阳*，仝帆，段文华，刘团结西北工业大学动力与能源学院，西安7i0129摘要：实验研究了不同雷诺数(2×105～8×105)、不同攻角状态下，3种相同波长(4％弦长)不同振幅(分别为5％、10％、15％弦长)尾缘锯齿结构对叶片层流边界层不稳定噪声的影

2、响。研究表明，在0。攻角状态下，尾缘锯齿会增强甚至诱导产生新的不稳定噪声，显著增大叶片自噪声；在大攻角状态下，尾缘锯齿会减弱甚至完全抑制不稳定噪声，降噪量高达40dB，降噪机制在于尾缘锯齿结构破坏了不稳定噪声产生所需的声学反馈回路。尾缘锯齿会降低不稳定噪声频率，且锯齿振幅越大，不稳定噪声频率越低。关键词：尾缘锯齿；层流边界层；不稳定噪声；声学反馈回路；T—S波中图分类号：V231文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)11—3317-11当来流湍流度较弱时，叶片前缘干涉噪声较小，尾缘自噪声占主导作用。目前尾缘自噪声问题已获得广泛研究，Howe

3、[13对尾缘噪声理论模型进行了综述，Brooks等[21实验研究了NA—CA0012翼型尾缘自噪声，其将翼型尾缘自噪声分为5类，并给出了尾缘噪声半经验预测模型。Paterson等[33首次对层流边界层不稳定噪声进行了系统的实验研究，将其称为涡脱落噪声，发现了单音频率随速度变化的“阶梯形”结构。Tam[们否定了Paterson的“涡脱落模型”，首次提出了介于振荡尾迹与叶片尾缘之间的“声学反馈回路模型”，解释了Paterson实验中发现的“阶梯形”结构。此后，许多研究者采用热线风速仪、粒子图像测速仪、激光多普勒测速仪、线性稳定性理论和直接数值模拟等手段对此问题

4、进行了研究。Arbey和Bataille【51提出了与Tam不同的声学反馈回路，其认为反馈回路介于叶片尾缘与上游最大速度点之间。许多研究表明，边界层不稳定噪声的产生主要与叶片压力面尾缘附近的流动分离相关，而与吸力面的边界层流动无关[6。10

5、。Desquesnes等[1u提出了不同的看法，其认为不稳定噪声的产生与压力面、吸力面的边界层流动均有关，压力面为主要的反馈回路，吸力面为二次反馈回路。Arcondoulis等[12]对不同的声学反馈回路进行了总结，并提出了亟待解决的问题。声学反馈回路包含4个部分：层流边界层不稳定性诱导产生Tollmein—Schli

6、cting(T-S)波；T—S波向下游传播，经过边界层分离区时被放大；经过放大的T_S波在叶片尾缘散射为声波；声波向上游传播，通过边界层感受性增强T—S波，完成一个循环。由此可见，破坏反馈回路中的任一部分均可以减弱甚至抑制边界层不稳定噪声。Inasawa等n31研究了等离子体对NACA0012翼型边界层不稳定噪声的影响，研究表明，等离子体收稿日期：2015—12—31；退修日期：2016—07—06；录用El期：2016-08-10；网络出版时间：2016．08．1210：59网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／111929V．

7、20160812．1059．002．html基金项目：国家自然科学基金(51276149，51476134)；空气动力学国家重点实验室研究基金(SKLA20140201)*通讯作者Tel：029—88482195E-mail：qiaowy@nwpu．edu．cn戮用格武

8、睬伟杰．乔渭阳．垒帆．等．昆缘锯齿结构对叶片边界层不稳定噪声影响的实验研究!J3÷航空学报．2016．37(11)：3317-3327．CHENWJ，QIAOWY，TONGF，eta1．Anexperimentinvestigationofblacleboundarylayerinstab

9、ilitynoisewithtrailingedgeserrationsfJ]。ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2016．37(11)：3317-3327．航空学报Nov．252016VoI．37No．11控制器可以有效降低不稳定噪声。Howe[14。15]从理论上推导了尾缘锯齿的降噪效果，但必须指出，Howe的理论模型主要针对叶片湍流边界层噪声，不适用于本文所要讨论的层流边界层不稳定噪声。此后，尾缘锯齿结构获得了广泛的研究，并被证明是一种有效降低湍流边界层噪声的构型[16-18]，但关于其对层流边界层不稳定噪声的影

10、响研究较少。本文采用实验手段研究低湍流度不同雷诺数、不同攻角条件下