锯齿尾缘翼型近场湍流试验研究.pdf

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1、第40卷第5期2014年10月航空发动机AeroengineV01．40No．50ct．2014锯齿尾缘翼型近场湍流试验研究许坤波，叶英哲，仝帆(西北工业大学动力与能源学院，西安710072)摘要：基于锯齿尾缘结构在航空发动机上的应用，对其降噪机理进行研究。通过3维热线风速仪测量2种尾缘结构的尾迹流场揭示锯齿降噪的流动本质，其结果显示出锯齿尾缘后流场的细微湍流结构变化规律，并在尾迹流场可见单个锯齿的齿峰和齿谷。结果表明：锯齿尾缘后尾迹中心线速度的衰减率比直尾缘的高；湍流峰值因为锯齿尾缘的存在出现在离翼型更远处，锯齿在近尾迹区产生了额外的马蹄涡。关键词：锯齿尾缘；湍流噪声；湍

2、流热线测量；仿生学；噪声机理；航空发动机中图分类号：V211．71文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2014．05．013ExperimentalInvestigationonNear-fieldTurbulenceofanAirfoilwithTrailing—-edgeSerrationsXUKun—b01，YEYing—zhe’，TONGFanl(SchoolofPowerandEnergy,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an71007ZChina)Abstract：Themec

3、hanismofnoisereductionforthetrailing-edgeserrationsappliedintheaeroenginewasstudied．Twokindsofserratedtrailingstructureforturbulenceflowfieldweremeasuredbythreedimensionalhot—wireanemometerinordertorevealthecharacteristicsofserrationsnoisereduction．Theresultsshowthechangerulesofsmallturbul

4、encestructurebehindthetrailing--edgeserrationsflowfield,andtheindividualtrailing-edgeserrationstipsandvalleysoccurinthetrailing--edgeflowfield．Theexperimentresultshowsthatthedecayrateofthecenterlinevelocitybehindthetailingishigherthanitsonthestraighte吐盼theturbulencepeakOCCUrsfurtherfromthe

5、airfoilSUl点aceinthepresenceoftheserrations，andtheserrationsgenerateadditionalhorseshoevorticesshedinthetailregion．Keywords：trailing—edgeserrations；turbulencenoise；turbulencehot-wiremeasurement；bionics；noisemechanism；aeroengineO引言现代航空发动机已经达到很高的涵道比，如陈光介绍了波音787客机在设计中对声音的要求【l】，可见降噪成为了如今设计发动机翼型

6、的另一目标。在低马赫数时，风扇出口导流叶片的宽频噪声和喷流噪声同时成为翼型的2个最大噪声源。在风扇出口导流叶片的宽频噪声中，尾缘噪声占大部分[21。Brooks[3财尾缘噪声进行了首次试验研究，并由Amietm成功得出预测模型。为了对尾缘噪声进行降噪[5-61，Adams第1次提出可以借鉴猫头鹰的翅膀形状来对尾缘噪声进行控制。20世纪60年代后，Lilleym重新采用该种方法，对猫头鹰的飞行进行了气动研究并得出降噪原理。Lilley提出鸟类柔软的羽毛可能会产生降噪的效果。Bohnmrj羞行了多孔边缘扩展研究，继而Revelltgl进行了声学研究，Sarradjtlq又进行了

7、多孑L翼型研究，对于翼型降噪，Finkllll和Khorramitl21都进行了多孔和锯齿尾缘研究。翼型表面的优化造型会限制声音辐射，但往往会严重降低气动性能。以前大量的试验研究着重对前缘锯齿优化，如Howe[13】对尾缘锯齿进行了大量研究，从开始的正弦齿状发展到尖的锯齿形状，得出锯齿结构可以有效的整合流动方向尾迹涡，锯齿与来流方向夹角0<45。时降噪效果更好，试验研究表明，这种方法至少可以降低噪声5dB。受叶片前缘湍流以及边界层湍流和尾缘湍流的互相影响，薄叶片尾缘噪声中的宽频部分与叶片边界层内剧烈剪切区域中发展的