● 摘要
飞机的噪声源主要由机体噪声和发动机噪声组成,发动机噪声主要包括风扇噪声和喷流噪声。随着大涵道比涡扇发动机的广泛应用与喷流噪声控制技术的进步,尽管喷流噪声得到了很好的控制,但是在飞机的起飞阶段,在低频段占据主导地位的喷流噪声依然是发动机的主要噪声源。本文主要以实验的方法对喷流噪声的产生机理及控制技术进行了研究,获得了喷流噪声的远声场声源特性和对喷流噪声抑制技术影响的因素与规律。本文的主要研究内容和取得的进展如下:
1.对轴对称喷管喷流噪声的产生机理与降噪方法进行了研究。首先对单喷管和分开式排气系统喷管喷流噪声的声源位置和远声场声源特性进行分析,研究了轴对称喷管喷流噪声的产生机理。其次研究了锯齿型喷管对单喷管和分开式排气系统喷管远声场的影响,分析了锯齿型喷管的结构参数、分布方式和内外涵出口剪切速度比对降噪效果的影响。研究结果表明,喷流噪声中低频噪声的声源位置主要分布在喷管的下游方向,随着频率的升高,声源位置逐渐向喷管出口方向移动;锯齿型喷管降低了喷流噪声低频段的噪声并导致高频噪声的增加,并且在喷流的下游方向具有最好的低频段降噪效果,同时高频噪声增加最小;锯齿型喷管的锯齿分布方式是影响锯齿型喷管降噪效果的重要因素。本文研究中仅在外涵添加锯齿结构的锯齿型喷管不但降低了喷流噪声低频段的噪声,而且抑制了高频噪声的增加;根据内外涵喷管的出口剪切速度比,合理的分布锯齿结构不但可以降低低频段的噪声,还可以抑制高频噪声的增加,并降低喷管的推力损失。
2.对带有吊挂喷管的喷流噪声产生机理和降噪方法进行了研究。首先,对带有吊挂喷管的喷流噪声进行了远声场测量,分析了吊挂的安装效应对喷流噪声远声场的影响。然后,研究了锯齿型喷管对喷流噪声轴向远声场的影响。研究结果表明:吊挂的安装效应虽然改变了喷流噪声远声场频谱的周向对称性,但是对总声压级指向性的影响不大;吊挂降低了喷流噪声低频段的噪声,并导致高频噪声的增加;锯齿的结构参数与分布方式对锯齿型喷管的降噪特性有重要影响。在本实验研究中,在下游方向仅在内涵添加锯齿结构的喷管在整个频带都有不同程度的低频段降噪效果,抑制了高频噪声的增加。
3.对有无吊挂的两种喷管进行了周向远声场测量。通过研究安装效应对锯齿型喷管降噪效果的影响,并基于吊挂的安装效应所导致的喷管出口流场和声场自上而下的周向不对称性,本文设计了一种新型渐变式周向非对称锯齿型喷管,分析了周向非对称锯齿型喷管对喷流噪声降噪效果的影响。研究结果表明:锯齿型喷管在吊挂的下方有最好的低频段降噪量;与无吊挂的锯齿型喷管相比,吊挂的安装效应降低了锯齿型喷管的低频段降噪效果;周向非对称锯齿型喷管增加了锯齿型喷管的低频段降噪量,并抑制了高频噪声的增加,该喷管在吊挂下方的降噪效果最明显,其总声压级降噪量最高为2.2dB。
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