摘要：作为“风扇出口导向叶片(Outlet Guide Vanes,OGV)低噪声设计”系列文章的第1篇,本文在现有压气机气动设计流程的基础上,加入了噪声评估过程,建立了基于通流设计的气动/声学一体化设计方法。为提高设计阶段的评估速度,以三维升力面理论与管道声学理论为基础,从通流设计和造型设计输出中提取参数,结合转子尾迹模型,建立了转/静干涉噪声的解析预测模型。以现代大涵道比涡扇发动机风扇/增压级为对象,采用该模型系统分析了OGV轴向掠形与周向倾斜对转/静干涉噪声的影响,获取了轴向掠形角与周向倾斜角等三维设计参数与风扇噪声的关系图谱,初步确定了低噪声设计较优降噪量的掠和倾组合方案。以此为基础,在保持叶尖子午投影位置和弦长不变的前提下,将叶片前缘和径向积叠进行参数化,采用遗传算法进一步开展了OGV的低噪声优化设计,最终获得了2个优化方案,预估的降噪量达到了8dB。

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：以航空发动机消声短舱声学设计为目标,发展了一种管道声传播有限元模型,它包含了壁面声阻抗、管道截面积和形状变化、以及管内非均匀流动等典型影响因素.应用该模型针对一种真实的高速转子声源进行了管道消声的数值模拟,不仅得到了细致的管内声场分布情况,更利用其快速的特点完成了声衬声阻抗的优化计算.结果表明该模型具有工程应用价值.

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：声模态测量是风扇/压气机管道声学研究的重要组成部分。测点非均布、测点数目为奇数或测量过程中传感器测量结果有误情况下,无法应用传统的分析方法分析。从最基本的声学公式入手,对管道声传播进行理论推导,得到一个通用的声模态测量分析方法,即求解方程组法。利用数值模拟方法对管道声模态进行分析,可看出模态分析的目的,是通过测点的声压进行目标频率下主要模态的识别,证明了应用解方程组法可进行测点非均布情况下的模态分析。在两个风扇试验器的声学测量中应用该种测量分析方法,从试验角度证明了分析方法的正确性和分析结果的可靠性。本文提出的声模态测量分析方法解决了传统分析方法的弊端,对风扇/压气机气动声学试验研究具有重要的意义。

摘要：Kriging代理模型方法广泛应用于许多工程优化设计问题中,提高了优化设计的效率。对于设计变量多,计算量大的管道声学降噪优化设计问题,传统的Kriging代理模型方法的效率不高。为了进一步提高设计效率,结合Kriging代理模型、多点加点准则,发展了更高效、预测精度更高的梯度增强的代理模型和一套适用于管道声学问题的减噪优化设计算法框架。基于框架,首先采用两个标准优化函数,比较了梯度增强的Kriging模型与Kriging模型的优化效率。针对典型进气道算例,分别采用梯度增强的Kriging模型与Kriging模型进行降噪优化设计。优化结果显示,采用梯度增强的Kriging模型得到的优化结果优于采用Kriging模型得到的结果,且优化计算效率显著提高,证实了梯度增强Kriging模型在管道声学减噪优化问题中的有效性。

摘要：1/4波长管是进气系统中的主要消音元件,在汽车NVH设计中得到广泛应用。在某车型开发过程中,发现在某频率下进气噪声较大。通过对整车的进气噪声测试,发现噪声主要是由于波长管参数不匹配引起。本文基于管道声学建立了波长管的数学模型,推导了传递损失函数,并采用MATLAB软件计算了不同参数下波长管的传递损失,确定了1/4波长管的结构参数。根据计算结果制作波长管并应用于某车型,利用***软件测试了发动机的进气噪声,实验测试结果显示,安装新波长管后,汽车振动噪声有了显著改善,整车的NVH特性得到提高。