計及阻抗邊界的渦扇發(fā)動機進氣道氣動噪聲數(shù)值研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，航空工業(yè)也將快速的發(fā)展，而飛機噪聲是制約航空發(fā)展的一個至關(guān)重要的因素?，F(xiàn)代渦扇發(fā)動機的風(fēng)扇噪聲在飛機起飛和降落過程中占主要成分，被動聲襯處理目前仍是控制風(fēng)扇噪聲的主要技術(shù)手段。為了設(shè)計和優(yōu)化飛機發(fā)動機進氣道內(nèi)的噪聲傳播問題，急需發(fā)展能夠考慮聲襯阻抗邊界的計算氣動聲學(xué)計算框架。本文將變階次高精度度保色散差分（DRP）方法和時域阻抗邊界條件相結(jié)合，提出一套計及阻抗邊界的時域多重網(wǎng)格計算氣動聲學(xué)框架，并運用于簡單緩變截

2、面管道以及復(fù)雜的渦扇發(fā)動機的進氣道氣動聲傳播過程的計算。
　　利用Fourier-Laplace變換研究了顯式保色散高階高分辨率有限差分格式的性能，對DRP優(yōu)化格式的積分區(qū)間選擇的重要性做了清晰的闡述，進一步簡化了積分區(qū)間自動選擇的算法。詳細地推導(dǎo)了大模板變截斷精度顯式差分格式的構(gòu)造公式，提出了通用的格式簡化優(yōu)化算法，并比較了優(yōu)化算法中的優(yōu)化區(qū)間，優(yōu)化目標函數(shù)等對優(yōu)化格式的影響，最終得到一系列變精度DRP格式。隨后采用1D對流諧波

3、問題，2D高斯脈沖標準算例，以及一個相對比較復(fù)雜的多圓柱聲散射問題驗證了提出格式的精度和性能。這些格式將被用于后續(xù)的管道應(yīng)用算例中。值得指出的是這些公式均借助現(xiàn)代計算代數(shù)系統(tǒng)（CAS）計算完成，在附錄3中作者給出了相應(yīng)的代碼。這些代碼對分析標準以及復(fù)雜的差分格式具有相當(dāng)?shù)耐ㄓ眯裕?jīng)小的修改將可以用于眾多差分格式的分析，可以大大減小格式分析的工作量和錯誤。
　　基于濾波器理論對(O)zy(o)rük時域阻抗模型與實驗數(shù)據(jù)擬合的初始值

4、選擇問題進行了詳細的討論，針對NASA CT73實驗聲襯的公開數(shù)據(jù)驗證了該初始值選擇的合理性，從而降低(O)zy(o)rük模型在直接擬合和使用中的難度，提高擬合的準確度，增進對模型參數(shù)對應(yīng)濾波特性的物理理解。
　　研究了擴展的Helmholtz共振器阻抗模型（EHRM）與物理模型參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，論述了EHRM模型參數(shù)初選的基本原則，并采用非線性約束方法對模型進行直接擬合?；谟嗲泻瘮?shù)的連續(xù)分式級數(shù)展開形式，找出EHRM模型的

5、五個參數(shù)和(O)zy(o)rük模型多個參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，從而建立了EHRM模型和(O)zy(o)rük間的對應(yīng)關(guān)系，這為EHRM模型轉(zhuǎn)換為(O)zy(o)rük提供了途徑。由于EHRM模型轉(zhuǎn)換為(O)zy(o)rük模型為中低頻近似，在轉(zhuǎn)換之后需要再進行一次非線性擬合，通過兩次非線性約束優(yōu)化的擬合方法，可以將EHRM模型轉(zhuǎn)換為(O)zy(o)rük模型，并保持與實驗數(shù)據(jù)的高精度擬合。最后，本文從參數(shù)擬合、實現(xiàn)難度以及計算效率方面對

6、EHRM阻抗模型和(O)zy(o)rük進行了詳細的對比。其中EHRM到(O)zy(o)rük格式的轉(zhuǎn)換采用計算代數(shù)系統(tǒng)推導(dǎo)完成。
　　將變精度顯式差分格式和EHRM轉(zhuǎn)換的(O)zy(o)rük模型用于Rienstra提出的緩變管道模型，與相應(yīng)的解析解以及有限元解進行了詳細的對比，驗證了本文提出的DRP差分格式以及時域阻抗模型的精度和有效性，并簡要的討論了緩變截面管道聲傳播的特點。
　　將論文提出的差分格式和時域阻抗模型用于

7、實際的（有軸對稱簡化）高涵道比發(fā)動機進氣道的噪聲傳播問題的模擬。探討了管道中不同流速的時均流，不同頻率的入射聲波，不同的徑向模態(tài)數(shù)以及有無阻抗等工況下氣動噪聲的傳播特點，比較了氣動聲傳播的遠場特點。
　　研究了開式的Helmholtz共振器共振頻率以及頻響的參數(shù)數(shù)值計算方法，以便運用于復(fù)雜及通用的Helmholtz共振器頻率和響應(yīng)的精確估計。
　　針對考慮阻抗邊界的管道氣動聲傳播問題，本文在顯式格式算法，時域阻抗邊界的建模、