桨涡干扰气动噪声特性及开孔控制方法研究

论文摘要

桨-涡干扰（Blade-vortex interaction,BVI）脉冲气动噪声是直升机噪声的主要来源之一。深入理解BVI脉冲气动噪声特性,进一步开展噪声控制方法的研究,可以有效降低直升机噪声,具有重要的学术意义和工程实用价值。气动噪声直接计算的直接法可以清晰、直观地反映噪声的产生和传播过程。本文采用格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method,LBM）与大涡模拟（Large Eddy Simulation,LES）相结合的LBM-LES方法,对低雷诺数下的平行BVI脉冲气动噪声进行了直接计算,分析了噪声的产生机理和传播、衰减规律,对BVI脉冲气动噪声特性进行了研究;并在此基础上,采用前缘开孔的方法对噪声的控制进行了数值分析和研究。先对LBM-LES方法用于BVI干扰流场和声场数值计算的适用性进行了分析。对NACA0012翼型的平行BVI干扰流场进行了数值模拟,涡模型采用了Lamb-Oseen涡模型,LBM方法格子离散速度模型为D2Q9,LES采用动态Smagorinsky亚格子模型。结果表明:LBM-LES方法具有足够低的数值耗散,能够保证涡在运动过程中的特性不发生改变;涡对翼型流场在大尺度上的影响很大,小尺度上相对较小,对于BVI流场的模拟,LES方法是比较合适的。在此基础上,对声场进行了直接计算。结果表明:LBM-LES方法能够直接得到BVI气动噪声的声场,可以用来分析和研究噪声的特性。研究了二维平行BVI脉冲气动噪声特性,详细分析了BVI噪声的产生机理以及传播、衰减规律。当旋涡接近和经过翼型前缘时,翼型前缘附近压强发生强度不同的两次突变,导致翼型气动力变化的同时,向外辐射产生具有偶极子指向性的脉冲声波,其中较弱的一次压强突变能更有效率地辐射声波;通过对四种不同来流速度的声场进行分析,发现上下远场声压峰值和传播距离成反比,和来流速度的三次方与升力系数波动幅值之积成正比,由此得出了远场声压峰值预测公式,为BVI远场声压的预测提供了另一种途径。基于对BVI脉冲气动噪声特性的研究,设计了一种翼型前缘开孔降低噪声的控制方法。以NACA0012翼型作为研究对象,建立了四种前缘开孔的模型,在不同来流速度、涡的强度和干扰距离条件下,对四种前缘开孔模型和无孔的基准翼型进行了平行BVI数值模拟。结果表明:前缘开孔可以降低BVI噪声,但对翼型升力系数有一定的影响;宽度为2.5%弦长的直孔能在翼型升力系数损失较小的情况下有效降低BVI噪声,且适用范围较广。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 BVI流场计算方法研究
•     1.2.2 BVI噪声研究
•     1.2.3 BVI噪声控制方法研究
•   1.3 主要工作内容
•   1.4 全文安排
•   1.5 本章小结
• 第2章 数值计算方法
•   2.1 引言
•   2.2 LBM
•     2.2.1 LBM的背景
•     2.2.2 LBM的发展
•     2.2.3 LBM的应用
•     2.2.4 LBM的理论
•   2.3 LES方法
•   2.4 LBM-LES方法
•   2.5 气动噪声计算方法
•     2.5.1 混合法
•     2.5.2 直接法
•   2.6 本章小结
• 第3章 BVI脉冲气动噪声特性分析
•   3.1 引言
•   3.2 初始化
•   3.3 LES方法验证
•     3.3.1 网格及边界条件
•     3.3.2 计算结果和分析
•   3.4 声场计算与结果分析
•     3.4.1 网格分布及边界条件
•     3.4.2 网格无关性验证
•     3.4.3 噪声传播
•     3.4.4 噪声产生
•   3.5 本章小结
• 第4章 BVI脉冲气动噪声控制方法研究
•   4.1 引言
•   4.2 几何模型
•   4.3 计算结果和分析
•     4.3.1 数值方法验证
•     4.3.2 弱干扰时开孔对BVI噪声的影响
•     4.3.3 强干扰时开孔对BVI噪声的影响
•   4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 研究结论
•   5.2 研究展望
• 参考文献
• 发表论文、专利和参加科研情况说明
•   一、攻读硕士学位期间发表的论文
•   二、攻读硕士学位期间申请的专利
•   三、攻读硕士学位期间获奖情况
•   四、攻读硕士学位期间的基金项目
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邹森

导师: 刘勇

关键词: 格子玻尔兹曼方法,大涡模拟,平行桨涡干扰,脉冲气动噪声,前缘开孔

来源: 南昌航空大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程

单位: 南昌航空大学

分类号: V211.52

总页数: 61

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