题目：用HQ管抑制管道风扇噪声的理论及实验研究

摘 要在民用航空领域，涡扇发动机以其高推重比和低耗油率得到了广泛的应用，然而噪声问题却成了限制其发展的瓶颈。风扇噪声是大涵道比涡扇发动机噪声的主要成分，抑制风扇噪声成为控制涡扇发动机噪声的主要目标。传统的噪声控制方法是在发动机进/出口机匣内壁面上铺设吸声声衬。但限于发动机短仓的有限长度，声衬的有效吸声面积受到限制，尤其是对叶片通过频率处的离散噪声及其谐波的控制，使用被动式声衬效果一般，因此更多新方法在风扇噪声的控制上得到尝试。尽管主动控制可能有效控制风扇纯音，但鉴于其复杂的结构及昂贵的造价，该方法离实际应用的要求还有较大差距。因此，人们在不断研究既能有效控制发动机纯音，结构又比较简单的方法。本文介绍一种国外新发展起来的利用声波干涉特性达到噪声抑制目的的反动式（reactive）控制方法：用HQ管抑制风扇噪声。该方法实质是在管道壁面周向安装波导管。管道内部分声能从HQ管的进口传入，于HQ管出口处与管道内剩余声能混合。HQ管内的声波比管道内声波传播距离大，于是两列声波会产生一定的相位差。由于这两列声波同源，合理控制HQ管几何参数便可以得到振幅相同、相位相反的两列波，叠加后便可相互抵消，从而实现降噪的目的。本文对这种控制方法进行了数值模拟，预测HQ管对圆柱形管道内传播声场的影响。建模方法是：把HQ管的进出口与主管的接触面模拟成有限活塞源，通过该活塞源匹配HQ管和主管内的声场。然后研究HQ管的最佳吸声频率与系统谐振频率间的关系；并通过分析入射、传播和反射模态振幅之间的关系，讨论HQ管的降噪机理。研究结果表明入射扰动模态中的部分声能被反射回风扇方向，还有一部份声能被散射成其他高阶模态。因此，对于某入射模态的抑制主要是由入射模态被HQ管散射后形成的模态矢量相互叠加来实现。此外还分析了HQ管系统参数和几何参数对消声效果的影响，并应用遗传算法优化各结构参数。最后本文总结了HQ管设计的详细步骤，并对风扇试验台进行的了HQ声抑制设计。实验评估HQ管的降噪效果。实验结果验证了设计的正确性，预示了HQ管的应用前景。