航空发动机气动噪声控制中的声衬模拟稳定性分析

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航空发动机气动噪声控制中的声衬模拟稳定性分析 刘欣 黄迅 Low Noise Aviation Lab www.coe.pku.edu.cn/faculty/huangxun 2014.09

背景 适航 噪声:FAA FAR 36; ICAO Annex 16 规定了一系列繁琐但清晰的声学测试流程; 不是单独针对发动机噪声的适航标准。

发动机噪声源部件分解 Nacelle and bifurcation 风扇 射流 涡轮 燃烧 压气机 [1] Wikipedia.

此处只是适航角度结果。压气机、涡轮、燃烧噪声会影响研发成败! u n 必要性 x [1]Eugene Kors, “Significantly lower community exposure to aircraft noise”, 2004.

风扇噪声进一步分解 [1] JASA, 2013c

风扇噪声进一步分解 [1] JASA, 2013c

PKUDuct 数值模拟的模型? [1] Xun Huang, et al., AIAA J., 2008.

PKUDuct验证 近场预测结果(LEE)和Wiener-Hopf理论解对比 半无限长圆管声传播 和我们的LEE数值解算器 结果对比 结论1:我们的LEE解算器准确,但是还需要时域声衬条件; 结论2:WH解算器更快,但是也需要扩展到声衬情况。 [1] Munt, JFM, 1977.

声衬问题 声衬是最有效的噪声控制手段。 声衬问题仍然是研究热点(20/260篇文章,20th AIAA/CEAS Aeroacoustic Conference 2014)。 声衬类型 优化方法 水槽问题 阻力影响 安装位置 宽频性能 噪声指标 叶尖气动 测试问题 数值模拟 测试系统 加工问题 如何验证 边界条件 目标:常规声衬的优化设计方法(和工具)

声衬设计实现 表面材料?表面材料厚度?开孔率?孔直径?空腔深度? 马赫数影响?温度影响? 怎么得到上述预测模型?

声衬阻抗优化设计路线图 计算模型 声衬模型 频域模型 预测模型 时域模型 拟合模型 Tam 计算模型 Long 预测模型 Fung SDOF MDOF Huang 新型声衬 优化方法 暴力算法 人工智能

时域数值计算中声衬阻抗边界条件 and 如何避开卷积? [1] Myers, M.K., JSV, 71(3), 1980.

时域数值计算中声衬阻抗边界条件 是否数值稳定? [1] Tam and Auriault, AIAA J. 34(5), 1996.

时域数值计算中声衬阻抗边界条件 2.5D LEE只能算单频, 因此只需要单频时域liner 条件

时域数值计算中声衬阻抗边界条件 假设 为什么数值不稳定? 怎么设计个计算稳定的时域阻抗 边界条件? [1] Tam and Auriault, AIAA J. 34(5), 1996.

背景知识 那么当 可能不稳定,所以根据Bode图可以判断。 例如 [1] 任何控制教科书

时域数值阻抗边界稳定性分析 传递函数是什么?

时域数值阻抗边界稳定性分析 即 则传递函数P(s)为 [1] X. Huang, et al. JASA 2013.

时域数值阻抗边界稳定性分析 边界条件怎么表达? [1] X. Huang, et al. IJA 2006.

时域数值阻抗边界稳定性分析

时域数值阻抗边界稳定性设计 [1] 任何控制教科书。

时域数值阻抗边界稳定性设计 如果无流动 如果有流动

校验 [1]Rienstra, JEM, 2007.

校验 [1]Rienstra, JEM, 2007.

应用:PKUDuct 集成到整体软件中的solver界面

应用结果

应用结果

应用结果

实际算例

实际算例

实际算例

总结 简要介绍了发动机风扇噪声传播和控制的计算模拟; 从控制角度的新的分析和设计阻抗边界条件的方法; 从数值角度提供了新方法、新视角。

谢谢! 黄迅 huangxun@pku.edu.cn HTTP://www.coe.pku.edu.cn/faculty/huangxun