計(jì)及阻抗邊界的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道氣動(dòng)噪聲數(shù)值研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，航空工業(yè)也將快速的發(fā)展，而飛機(jī)噪聲是制約航空發(fā)展的一個(gè)至關(guān)重要的因素。現(xiàn)代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇噪聲在飛機(jī)起飛和降落過(guò)程中占主要成分，被動(dòng)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(jì)和優(yōu)化飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道內(nèi)的噪聲傳播問(wèn)題，急需發(fā)展能夠考慮聲襯阻抗邊界的計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)計(jì)算框架。本文將變階次高精度度保色散差分（DRP）方法和時(shí)域阻抗邊界條件相結(jié)合，提出一套計(jì)及阻抗邊界的時(shí)域多重網(wǎng)格計(jì)算氣動(dòng)聲學(xué)框架，并運(yùn)用于簡(jiǎn)單緩變截

2、面管道以及復(fù)雜的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道氣動(dòng)聲傳播過(guò)程的計(jì)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(duì)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(jìn)一步簡(jiǎn)化了積分區(qū)間自動(dòng)選擇的算法。詳細(xì)地推導(dǎo)了大模板變截?cái)嗑蕊@式差分格式的構(gòu)造公式，提出了通用的格式簡(jiǎn)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(biāo)函數(shù)等對(duì)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(duì)流諧波

3、問(wèn)題，2D高斯脈沖標(biāo)準(zhǔn)算例，以及一個(gè)相對(duì)比較復(fù)雜的多圓柱聲散射問(wèn)題驗(yàn)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(jì)算代數(shù)系統(tǒng)（CAS）計(jì)算完成，在附錄3中作者給出了相應(yīng)的代碼。這些代碼對(duì)分析標(biāo)準(zhǔn)以及復(fù)雜的差分格式具有相當(dāng)?shù)耐ㄓ眯?，?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(cuò)誤。
　　基于濾波器理論對(duì)(O)zy(o)rük時(shí)域阻抗模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的初始值

4、選擇問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的討論，針對(duì)NASA CT73實(shí)驗(yàn)聲襯的公開數(shù)據(jù)驗(yàn)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(zhǔn)確度，增進(jìn)對(duì)模型參數(shù)對(duì)應(yīng)濾波特性的物理理解。
　　研究了擴(kuò)展的Helmholtz共振器阻抗模型（EHRM）與物理模型參數(shù)之間的對(duì)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(duì)模型進(jìn)行直接擬合?；谟嗲泻瘮?shù)的連續(xù)分式級(jí)數(shù)展開形式，找出EHRM模型的

5、五個(gè)參數(shù)和(O)zy(o)rük模型多個(gè)參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而建立了EHRM模型和(O)zy(o)rük間的對(duì)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(jìn)行一次非線性擬合，通過(guò)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的高精度擬合。最后，本文從參數(shù)擬合、實(shí)現(xiàn)難度以及計(jì)算效率方面對(duì)

6、EHRM阻抗模型和(O)zy(o)rük進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比。其中EHRM到(O)zy(o)rük格式的轉(zhuǎn)換采用計(jì)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(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比，驗(yàn)證了本文提出的DRP差分格式以及時(shí)域阻抗模型的精度和有效性，并簡(jiǎn)要的討論了緩變截面管道聲傳播的特點(diǎn)。
　　將論文提出的差分格式和時(shí)域阻抗模型用于

7、實(shí)際的（有軸對(duì)稱簡(jiǎn)化）高涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的噪聲傳播問(wèn)題的模擬。探討了管道中不同流速的時(shí)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(wú)阻抗等工況下氣動(dòng)噪聲的傳播特點(diǎn)，比較了氣動(dòng)聲傳播的遠(yuǎn)場(chǎng)特點(diǎn)。
　　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(jì)算方法，以便運(yùn)用于復(fù)雜及通用的Helmholtz共振器頻率和響應(yīng)的精確估計(jì)。
　　針對(duì)考慮阻抗邊界的管道氣動(dòng)聲傳播問(wèn)題，本文在顯式格式算法，時(shí)域阻抗邊界的建模、