摘要：飞行器舱室内部噪声对乘员及飞行操控和通信构成了显著威胁,薄膜声学超材料(MAM)在满足轻量化要求的同时具有出色的降噪性能,能够满足航空工业领域对降噪和飞行器重量的双重要求。受蛛网启发,本文通过结合膜、框和一组振子设计了一种仿生薄膜声学超材料。计算和试验结果表明,仿生模型的振子质量减少了19%,降噪带宽扩展了61%。此外,本文研究了三种设计参数(薄膜形状、振子位置和模型大小)对结构降噪性能的影响规律,并分析了其多级反共振模态。结果表明,圆形模型在降噪性能上优于两个方形模型。当振子位置在半径比为0.54时,可获得最佳的降噪性能。模型在尺寸减小时仍有较大的降噪效果,但当尺寸增大时有失效的可能。非固定框在2×2阵列模型中有助于形成反共振模态,而在3×3阵列模型中作用则相反。根据不同的频率需求调节设计参数,能够适配于飞行器内部复杂、多变的噪声环境。

摘要：以仿生学结构改善发动机的气动性能和噪声水平是当前绿色航空的研究热点,对控制对转螺旋桨的气动噪声具有重要的工程应用价值。本文通过地面声学环境下的气动噪声试验研究了仿生学锯齿结构对转螺旋桨的降噪特性,并测试了锯齿结构桨叶和基准桨的拉力、扭矩等气动性能和远场噪声指向性。试验结果表明,所设计的锯齿结构没有引起基准桨的气动性能损失,可以在保持气动性能的同时开展降噪设计。锯齿结构在4000~12000Hz频率区间,没有改变基准桨叶的噪声指向性特征,最大降噪量超过5dB;在所测转速工况的一阶通过频率、二阶通过频率处没有明显的降噪效果。这进一步说明锯齿结构对宽频噪声有降噪效果,对低频段的离散噪声降噪效果不明显。

摘要：地面颤振模拟试验是一项以真实飞行器结构作为试验对象,并利用激振器模拟非定常气动力的颤振验证试验技术。本文通过在地面颤振模拟试验的基础上引入热环境模拟设备,进一步研究热颤振地面模拟试验技术。建立了综合考虑多工况的气动插值点优化方法,然后利用Kriging代理模型构建了适用于时变温度场中结构的非定常气动力降阶模型,同时设计了气动加热环境地面模拟及热环境下结构的激励与响应测试方案,最终基于钛合金机翼模型搭建了热颤振地面模拟试验系统,并对时变颤振边界进行跟踪测试。试验结果表明,在激振力控制器的设计控制频带内试验结果与仿真结果吻合较好,但鲁棒控制器较窄的控制带宽限制了热颤振地面模拟试验的适用范围。

摘要：为了解决涡轮转子叶片在温度、离心力和气动/噪声联合载荷作用下的疲劳强度问题,开展了高低周复合载荷谱分解方法和基于高低周载荷的全时域蠕变损伤累积模型研究,提出了同时考虑蠕变损伤、低周疲劳损伤和高周疲劳损伤的耦合疲劳寿命预测方法。同时,通过正交载荷解耦和耦合载荷协调加载控制等关键技术的应用,开发了高温环境下的高低周复合疲劳试验平台。最终,基于设计的涡轮叶片模拟件,完成了耦合疲劳寿命预测和试验验证。结果表明:模拟试件的耦合疲劳寿命试验结果分散系数为1.01,耦合疲劳寿命的预测结果与试验结果偏差小于24%,从而验证了疲劳寿命预测模型的正确性,为我国航空发动机热端部件的疲劳强度设计和验证提供了有效的技术途径。

摘要：为进一步降低飞机螺旋桨气动噪声,针对飞机螺旋桨开展综合考虑气动、噪声和结构强度的低噪声多学科优化设计与试验验证。采用基于涡格法的升力面理论进行螺旋桨气动性能计算,基于Hanson频域远场噪声计算方法进行螺旋桨远场噪声评估,2种计算方法都通过与试验对比验证精度,由此组成螺旋桨气动-噪声联合算法;以桨叶沿叶高分布的弦长、安装角和侧掠为设计变量,充分考虑桨叶结构强度对设计变量的约束,以螺旋桨推力、效率不降低和远场噪声降噪最大为优化目标;优化桨叶通过了离心载荷试验、气动载荷试验、动态特性试验等强度试验;在气动声学风洞内完成了气动与声学性能验证,优化螺旋桨相比原始桨气动性能基本保持不变,优化螺旋桨在设计工况的1阶离散分量处的远场气动噪声峰值降低2.7dB,较小推力下降噪量最高可达4dB,2阶离散分量处也有明显的降噪效果。提出的方法同时满足气动、噪声和结构强度要求。

摘要：飞机短舱声衬作为飞机降噪的关键手段,其设计的成功与否强烈依赖于声学性能验证实验技术的发展。短舱声衬的声学设计一般分为两个层面,各自关注不同的研究目的与验证对象。在初步设计层面,一般借助声衬声阻抗提取技术对阻抗设计进行验证;在详细设计层面,一般使用缩比尺度和全尺寸短舱样件、借助声模态测控技术对整体声学效果进行验证。本文对比了基于双传声器法和直接提取方法发展而来的声衬阻抗提取技术,和基于相位控制阵列方法发展而来的声模态测控技术,以及这两种技术在发动机进排气道声衬设计中的应用。研究结果表明,双传声器法在低频下具有更高的精度,高频范围内双传声器法和直接提取方法的精度均降低,中频范围内双传声器法和直接提取方法的无量纲声阻和无量纲声抗差别小于0.2,均展示了较好的适用性。基于相位精细控制的旋转声模态发生技术研制的发生器能够产生超过10 dB以上的模态分辨率,能够用于测试声衬对多个目标模态的调控效果。为了进一步研究无缝声衬降噪量提升的主要机制,实验中使用模态发生器依次发出单独纯净的声模态,对两型声衬实验件开展对比测试。采用新一代技术研制的无缝声衬相比上一代成型工艺制成的带拼缝声衬在多声模态调控和关键频率处降噪效果提升明显,无缝声衬的整体降噪效果提升5.2 dB以上。

摘要：为了研究耐温声衬的声学特性,针对发动机短舱耐温声衬的应用环境,设计并研发了能够基本模拟风扇噪声、切向流和高温等典型工况特征的耐温声衬声学性能试验系统,设计频率为0.5~16kHz,最大声压级为140dB,最大周向模态为10阶,最大切向流速度为0.7Ma,最高背板加热温度为200℃。提出了耐温声衬声学性能试验方法,对钛合金环形耐温声衬开展了声学试验,验证了试验系统并获得了背板加热和切向流对声衬降噪特性的影响规律,研究结果表明:声衬背板加热和声衬表面切向流都会导致耐温声衬降噪性能衰减,当背板温升至200℃时,降噪量降低7.5dB,当切向流速度增加至0.3Ma时,降噪量衰减13.7dB。

摘要：针对排气道声衬应用环境,提出了一种适用于短舱排气道声衬的声学设计方法,利用有限元方法建立了排气道声衬声阻抗参数优化模型,根据设计工况和结构约束条件,设计并制备了一套全尺寸排气道内壁声衬试验件。为了验证排气声衬的声学设计方法,研发了频率范围500~16000 Hz、最大周向15阶模态的全尺寸声衬声学试验平台用以模拟风扇后传噪声特征,分别进行了声衬条件和固壁条件下辐射声场3 m和5 m处的指向性测试,获取了500~1500 Hz频率范围内的降噪量,试验结果表明设计声衬在950、1000 Hz频率点的降噪效果最优,充分验证了声衬设计的准确性。分析了设计工况下的声衬在3 m和5 m处辐射声场指向性的声压级分布,试验结果表明0°~90°范围内的最大降噪量分别为10.44 dB和7.21 dB。提出的排气道声衬声学设计与验证方法可为发动机短舱排气道声衬设计与验证提供重要技术支撑。

摘要：针对高超声速飞行器飞行过程中颤振边界变动范围大、试验测试难的问题,本文开展了考虑气动热效应的翼面结构地面颤振试验技术研究。首先基于工程法对结构所受的气动加热进行了分析,在此基础上开展了结构的热颤振特性评估并作为地面颤振试验结果的参考标准。考虑实际飞行中结构温升效应影响,建立了基于多工况点的气动力综合优化降阶算法,确保了整个温升过程的气动力模拟的精度。通过建立基于模糊逻辑比例、积分和微分(Proportional integral derivative,PID)控制的多点协调控制系统,实现了温升过程中时变系统的激振力控制器设计。最终搭建了地面颤振试验系统,按照典型飞行状态对结构的热颤振特性进行了测试,试验测试结果与仿真结果对比相对误差约10%。

摘要：针对直升机操纵杆系支座的断裂故障,采用仿真与试验相结合的方法对某型直升机操纵杆系组件进行故障复现,提出一种考虑频率耦合效应的振动疲劳分析方法,为操纵杆系支座结构的抗振动疲劳优化设计提供了数据支撑。通过动力学仿真分析,确定了试验载荷的加载方向和结构危险位置。通过合理的试验规划,分析了不同载荷量级和不同结构特性对系统振动疲劳寿命以及破坏模式的影响。研究结果表明:在考虑频率耦合效应时,结构振动疲劳寿命对载荷量级的敏感性更高,且结构振动的时域响应中会出现明显的强共振区,强共振区在裂纹扩展过程中出现的时机对结构破坏模式有重要影响。