摘要：根据对飞机噪声控制技术历史发展演化过程的总结分析,研究了民用航空发动机气动与声学一体化设计的目标、方法、流程、理论模型和发展趋势等。基于对航空发动机气动设计过程的分析,给出了航空发动机气动与声学一体化设计的流程和方法。分别从"发动机总体热力循环设计""发动机部件通流设计""发动机部件三维详细设计"等三个流程,介绍了航空发动机声学设计理论和技术国内外的发展情况,详细论述了发动机气动声学设计的理论、模型和方法,分析了目前航空发动机声学设计理论的主要问题及未来的研究重点,并以具体发动机设计实例分析了不同设计阶段航空发动机的气动与声学一体化设计方法思想。

摘要：为了适应逐年严苛的适航噪声标准,改善飞机噪声环境,突破航空发动机降噪技术的瓶颈,有必要开发新的降噪手段以指导叶轮机械降噪设计。采用URANS与FW-H方程混合方法,通过将波浪前缘构型运用在叶片流动损失较大、声源强度较强的部分后,进一步观察其气动性能和降噪效果。研究表明:与基准叶片相比,分布式波浪前缘静子叶片可以在1BPF(Blade Passing Frequency)时降低风扇入口声功率级0.67~1.9dB,2BPF时降低风扇入口声功率级1.87~4.18dB,3BPF时降低风扇入口声功率级2.4~6.8dB,同时,总压比最高提升0.027%,等熵效率最高提升0.28%。因此,分布式波浪前缘静子叶片在叶轮机械降噪方面有很好的运用前景。

摘要：航空发动机压气机噪声与大型风洞压缩机噪声问题日益凸显,相关研究机构迫切需求新的降噪手段以指导大型叶轮机械降噪设计。为了探索波浪前缘静子叶片在大型叶轮机械降噪中的应用前景,采用非定常雷诺平均NavierStoke(URANS)方程与FW-H方程混合方法对基准静子叶片和3种波浪前缘静子叶片的降噪效果进行了数值模拟,研究对象静子来流平均马赫数约为0.49,基于静子叶片弦长的雷诺数约为1040000。数值预测结果显示:波浪前缘静子叶片可以显著降低高速轴流风扇单音噪声,但会对风扇的气动性能产生少许不利影响;相较于基准静子叶片,3种波浪前缘静子叶片可以在1BPF时降低风扇入口声功率级0.97~1.5dB,2BPF时降低风扇入口声功率级2.89~4.9dB,3BPF时降低风扇入口声功率级3.32~4.72dB;同时,总压比降低0.1%~0.8%,等熵效率降低0.1%~0.3%。进一步研究表明:不同频率下声源振幅和相位关系是风扇单音噪声强度的主要影响因素,总的来说,幅值的增加会降低声源强度,然而通过改变声源相位关系的降噪方式则需要兼顾径向模态与波长两个方面。

摘要：针对单级轴流风扇单音噪声的声模态与声功率(PWL)预测,基于早期的二维叶栅噪声解析预测模型,开发了改进的三维单级风扇噪声解析预测模型。主要目的是可以通过该预测方法快速、准确地给出声场信息以优化风扇设计方案。该模型由模拟转子粘性尾迹,求解静子表面非定常载荷以及模拟管道噪声传播三个部分组成,并采用单级轴流风扇噪声试验数据对该解析预测模型的结果进行了验证。与试验数据相比较,该解析预测模型1BPF单音噪声预测结果误差<1.5dB,2BPF单音噪声预测结果误差<5dB,同时给出了合理的周向与径向模态声场模拟结果。与传统的叶轮机噪声解析预测模型相比,该方法不仅考虑了三维几何,还可以模拟出管道内的声场结构,计算方法更为合理,噪声预测结果也更为可靠,具有很好的工程应用价值。

摘要：针对风扇三维设计阶段,本文开发了一种快速宽频噪声预测方法,用于预测风扇的转/静干涉宽频噪声水平。该方法目的在于可以在风扇三维设计阶段中,对风扇的气动性能进行计算后,快速地得到风扇的宽频噪声频谱与特性。本文的风扇三维阶段宽频噪声模型是基于定常雷诺平均方程(RANS)的半解析模型,该模型通过定常计算流体力学(CFD)方法提取声源上游叶片尾迹湍流信息,进而与解析模型耦合,从而实现快速预测出风扇宽频噪声水平。首先,对文中的快速宽频噪声预测模型进行了介绍;然后,通过1台环形叶栅声学试验平台的试验数据对该模型的解析部分进行了考核;最后,利用快速宽频噪声预测模型分别对1台单级轴流风扇和1台双级轴流风扇开展了气动性能与声学性能的预测评估工作。结果显示,声源来流的湍流分布形式与上游叶片二次流有直接关系。另外,当风扇的实际工作状态点远离设计点时,宽频噪声水平会明显增加。

摘要：本文运用平面传声器阵列研究了翼型常规尾缘、锯齿形尾缘及波浪形前缘的气动噪声,并在全消声室环境下实验研究了仿生学前缘、尾缘的降噪效果。设计的传声器阵列是同一平面上的单支螺旋线结构,用于二维平面声源定位。实验结果表明:在低湍流度、自由来流情况下,尾缘噪声超过前缘噪声,是翼型噪声的最主要来源,锯齿形尾缘能够有效地降低翼型的尾缘噪声;在较大的宽频范围内,锯齿形尾缘均起到很好的降噪效果,尾缘最大降噪量可以达到10 dB。而波浪形前缘的波长越短,对翼型尾缘的降噪量越明显;波浪形前缘对尾缘噪声的降噪效果在低频时较为明显,而在高频情况下,可以忽略不计。对于湍流-翼型干涉噪声的研究表明:湍流-翼型干涉噪声主要发生于翼型前缘,其声压级远大于尾缘;且锯齿尾缘几乎对湍流-翼型前缘干涉噪声的降噪没有贡献;波浪形前缘可以显著地降低湍流-翼型干涉噪声的声压级,达到良好的降噪效果。

摘要：为探索倾斜/后掠静子叶片对风扇单音噪声的降噪机理并指导低噪声风扇的设计,采用基于三维黏性非定常雷诺平均数值模拟(URANS)和管道声类比理论(Ducted Acoustic Analogy,DAA)的流场/声场混合计算模型(CFD/AA)研究了不同转子叶尖间隙、倾斜静子、后掠静子等对NPU-Fan单音噪声的影响。计算结果表明:随着叶尖间隙增加,在1BPF (Blade Passing Frequency)和2BPF处,风扇前传、后传气动噪声均会增加,且1BPF处单音噪声增量大于其它谐频。在研究倾斜及后掠叶片的降噪机制时,须将管道特征函数与声源的耦合过程包含在内,并且要考虑真实风扇的尾迹特性及其向下游的输运过程。风扇静子负倾斜可以提升风扇的气动效率,但会增加噪声的声功率级;正倾斜叶片能够降低噪声声功率级,但风扇气动性能会有所降低。随着倾斜角的增加,降噪量增大,当倾斜角为+30°时,各谐波阶次的降噪量均超过2.3dB。后掠静子叶片相较于倾斜设计具有更好的气动性能和降噪效果。30°后掠角对于各谐波阶次的前传噪声降噪量均大于6.3dB,降低后传噪声超过10dB。正倾斜及后掠静子的降噪效果与噪声谐波阶次、传播方向紧密相关,谐波阶次越高,降噪效果越明显。倾斜-后掠综合设计方案对于前传噪声拥有最好的降噪效果,其综合了倾斜和后掠两者的优点。