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发动机风扇与外涵道噪声传播计算及优化

许尧  
【摘要】:噪声是大型客机设计的关键指标之一,世界主要航空管理机构对民用飞机的噪声特性不断提出新的要求。影响民用飞机适航噪声的主要噪声源包括机体噪声和发动机噪声,随着大涵道比发动机技术的发展,发动机的噪声水平虽然已经有了明显降低,但是在起飞和着陆阶段,发动机噪声仍然是大型客机的主要噪声源之一。随着发动机风扇直径的不断增大,喷流速度不断降低,使得喷流噪声在发动机总声源中的比例越来越小,而风扇噪声所占的比例越来越大,风扇噪声的传播成为目前航空声学研究的主要问题之一。 本文选取大涵道比涡扇发动机的典型几何外形,通过计算流体力学(CFD)方法计算得出流场,再使用时域有限差分法求解2.5D线化欧拉方程(2.5D LEE)进行给定声源的声传播计算。其中,时间推进使用4/6阶Runge-Kutta法,空间离散采用6阶紧致格式,和人工选择性阻尼等数值方法,利用C语言编写计算程序,计算发动机近场的声传播。为了分析远场的噪声水平,本文使用FW-H积分方法,获得远场观察点的声压级。 在分析计算的基础上,本文将使用CAA方法计算得出的远场观察点的声压级作为目标函数,通过编写程序实现发动机进气到的参数化建模,并结合实验设计(DoE)的方法和Kriging模型为基础的优化方法对进气道外形的声学特性进行了初步优化,优化过程中同时考虑了气动约束条件,确保风扇进气道的总压恢复系数没有明显的变化。本文结果验证了时域有限差分法CAA方法与基于Kriging的优化方法相结合开展低噪声优化的有效性,对进一步研究气动约束调价下的低噪声设计提供了基础。


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