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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
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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。
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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.
![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.](http://slidesplayer.com/slide/16467633/96/images/3/%E5%8F%91%E5%8A%A8%E6%9C%BA%E5%99%AA%E5%A3%B0%E6%BA%90%E9%83%A8%E4%BB%B6%E5%88%86%E8%A7%A3+Nacelle+and+bifurcation+%E9%A3%8E%E6%89%87+%E5%B0%84%E6%B5%81+%E6%B6%A1%E8%BD%AE+%E7%87%83%E7%83%A7+%E5%8E%8B%E6%B0%94%E6%9C%BA+%5B1%5D+Wikipedia..jpg "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.")
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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.
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风扇噪声进一步分解 [1] JASA, 2013c
![风扇噪声进一步分解 [1] JASA, 2013c](http://slidesplayer.com/slide/16467633/96/images/5/%E9%A3%8E%E6%89%87%E5%99%AA%E5%A3%B0%E8%BF%9B%E4%B8%80%E6%AD%A5%E5%88%86%E8%A7%A3+%5B1%5D+JASA%2C+2013c.jpg "风扇噪声进一步分解 [1] JASA, 2013c")
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风扇噪声进一步分解 [1] JASA, 2013c
![风扇噪声进一步分解 [1] JASA, 2013c](http://slidesplayer.com/slide/16467633/96/images/6/%E9%A3%8E%E6%89%87%E5%99%AA%E5%A3%B0%E8%BF%9B%E4%B8%80%E6%AD%A5%E5%88%86%E8%A7%A3+%5B1%5D+JASA%2C+2013c.jpg "风扇噪声进一步分解 [1] JASA, 2013c")
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PKUDuct 数值模拟的模型？ [1] Xun Huang, et al., AIAA J., 2008.
![PKUDuct 数值模拟的模型？ [1] Xun Huang, et al., AIAA J., 2008.](http://slidesplayer.com/slide/16467633/96/images/7/PKUDuct+%E6%95%B0%E5%80%BC%E6%A8%A1%E6%8B%9F%E7%9A%84%E6%A8%A1%E5%9E%8B%EF%BC%9F+%5B1%5D+Xun+Huang%2C+et+al.%2C+AIAA+J.%2C+2008..jpg "PKUDuct 数值模拟的模型？ [1] Xun Huang, et al., AIAA J., 2008.")
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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.
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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）
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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？
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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
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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 and 如何避开卷积？ [1] Myers, M.K., JSV, 71(3), 1980.](http://slidesplayer.com/slide/16467633/96/images/12/%E6%97%B6%E5%9F%9F%E6%95%B0%E5%80%BC%E8%AE%A1%E7%AE%97%E4%B8%AD%E5%A3%B0%E8%A1%AC%E9%98%BB%E6%8A%97%E8%BE%B9%E7%95%8C%E6%9D%A1%E4%BB%B6+and+%E5%A6%82%E4%BD%95%E9%81%BF%E5%BC%80%E5%8D%B7%E7%A7%AF%EF%BC%9F+%5B1%5D+Myers%2C+M.K.%2C+JSV%2C+71%283%29%2C+1980..jpg "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.")
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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 是否数值稳定？ [1] Tam and Auriault, AIAA J. 34(5), 1996.](http://slidesplayer.com/slide/16467633/96/images/13/%E6%97%B6%E5%9F%9F%E6%95%B0%E5%80%BC%E8%AE%A1%E7%AE%97%E4%B8%AD%E5%A3%B0%E8%A1%AC%E9%98%BB%E6%8A%97%E8%BE%B9%E7%95%8C%E6%9D%A1%E4%BB%B6+%E6%98%AF%E5%90%A6%E6%95%B0%E5%80%BC%E7%A8%B3%E5%AE%9A%EF%BC%9F+%5B1%5D+Tam+and+Auriault%2C+AIAA+J.+34%285%29%2C+1996..jpg "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.")
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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
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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.
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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
![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](http://slidesplayer.com/slide/16467633/96/images/16/%E8%83%8C%E6%99%AF%E7%9F%A5%E8%AF%86+%E9%82%A3%E4%B9%88%E5%BD%93+%E5%8F%AF%E8%83%BD%E4%B8%8D%E7%A8%B3%E5%AE%9A%EF%BC%8C%E6%89%80%E4%BB%A5%E6%A0%B9%E6%8D%AEBode%E5%9B%BE%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E5%88%A4%E6%96%AD%E3%80%82+%E4%BE%8B%E5%A6%82+%5B1%5D+%E4%BB%BB%E4%BD%95%E6%8E%A7%E5%88%B6%E6%95%99%E7%A7%91%E4%B9%A6.jpg "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")
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时域数值阻抗边界稳定性分析 传递函数是什么？
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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 即 则传递函数P(s)为 [1] X. Huang, et al. JASA 2013.](http://slidesplayer.com/slide/16467633/96/images/18/%E6%97%B6%E5%9F%9F%E6%95%B0%E5%80%BC%E9%98%BB%E6%8A%97%E8%BE%B9%E7%95%8C%E7%A8%B3%E5%AE%9A%E6%80%A7%E5%88%86%E6%9E%90+%E5%8D%B3+%E5%88%99%E4%BC%A0%E9%80%92%E5%87%BD%E6%95%B0P%28s%29%E4%B8%BA+%5B1%5D+X.+Huang%2C+et+al.+JASA+2013..jpg "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.")
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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 边界条件怎么表达？ [1] X. Huang, et al. IJA 2006.](http://slidesplayer.com/slide/16467633/96/images/19/%E6%97%B6%E5%9F%9F%E6%95%B0%E5%80%BC%E9%98%BB%E6%8A%97%E8%BE%B9%E7%95%8C%E7%A8%B3%E5%AE%9A%E6%80%A7%E5%88%86%E6%9E%90+%E8%BE%B9%E7%95%8C%E6%9D%A1%E4%BB%B6%E6%80%8E%E4%B9%88%E8%A1%A8%E8%BE%BE%EF%BC%9F+%5B1%5D+X.+Huang%2C+et+al.+IJA+2006..jpg "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.")
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时域数值阻抗边界稳定性分析
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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 [1] 任何控制教科书。](http://slidesplayer.com/slide/16467633/96/images/21/%E6%97%B6%E5%9F%9F%E6%95%B0%E5%80%BC%E9%98%BB%E6%8A%97%E8%BE%B9%E7%95%8C%E7%A8%B3%E5%AE%9A%E6%80%A7%E8%AE%BE%E8%AE%A1+%5B1%5D+%E4%BB%BB%E4%BD%95%E6%8E%A7%E5%88%B6%E6%95%99%E7%A7%91%E4%B9%A6%E3%80%82.jpg "时域数值阻抗边界稳定性设计 [1] 任何控制教科书。")
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时域数值阻抗边界稳定性设计 如果无流动 如果有流动
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校验 [1]Rienstra, JEM, 2007.
![校验 [1]Rienstra, JEM, 2007.](http://slidesplayer.com/slide/16467633/96/images/23/%E6%A0%A1%E9%AA%8C+%5B1%5DRienstra%2C+JEM%2C+2007..jpg "校验 [1]Rienstra, JEM, 2007.")
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校验 [1]Rienstra, JEM, 2007.
![校验 [1]Rienstra, JEM, 2007.](http://slidesplayer.com/slide/16467633/96/images/24/%E6%A0%A1%E9%AA%8C+%5B1%5DRienstra%2C+JEM%2C+2007..jpg "校验 [1]Rienstra, JEM, 2007.")
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应用：PKUDuct 集成到整体软件中的solver界面
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应用结果
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应用结果
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应用结果
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实际算例
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实际算例
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实际算例
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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。
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谢谢！ 黄迅
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