一种基于声源与声传播相互作用的航空发动机气动噪声一体化控制方法

涡轮风扇发动机在经历了近几十年的发展后，成熟的声学设计方法早已应用并取得了十分有效的成果，但新技术的发展和应用一直裹足不前，甚至每1dB航空噪声的下降都会导致发动机在效率和重量上付出极大的代价。因此，寻求新的降噪方法是国内外发展民用航空工业必须面对的问题。不同于国外正在尝试的主动控制技术以及大规模数值模拟技术，本项申请提出了更为灵巧的思路- - 尝试通过对多排叶片之间以及声源与声衬之间的相互作用的研究，寻求进一步的降噪收益。由此引出的声波与声源的二次干涉等一系列复杂的机理问题，尚未见到能够包含两者耦合计算的相应研究工作。因此，本项目的研究内容包括：1）声源的存在对声衬优化的影响；2）声处理元件如何改变叶片上的非定常载荷；3）局域/非局域反应声衬的组合对拓宽降噪频带有哪些影响。因此这项工作的完成不仅能够更深入的了解声源、声衬及其相互干涉的本质，更重要的是能为我国航空噪声控制领域提供新的技术途径。

长期以来，人们在机体噪声、喷流噪声和风扇噪声的预测、传播与抑制方面做了大量研究工作，并取得了很好效果。然而，相关的研究工作都集中在声源本身的抑制，或是单纯考虑声传播的抑制，并没有包含两者相互作用。其原因在于建立声源预测与声传播的统一计算模型是十分困难的。然而，我们都知道抑制声传播的方法如声衬、机体屏蔽效应等，其效果直接依赖于所在声场特性，同时，这些抑制元件的存在也会对原有声场产生一定的干扰，进而改变噪声源。可见，研究他们之间的相互作用是及其重要的，同时也是寻求新的降噪思路有效途径之一。为此，结合北航气动声学团队已有的研究基础，本项目选取发动机短舱内的干涉作用以及声辐射的干涉作用等机制作为研究目标，建立相应的计算模型，考虑组合因素对声学设计的影响。.综上所述，本项目旨在通过声源与声传播之间的相互作用研究，深入了解干涉现象的物理本质，并在此基础上寻求更为灵巧的降噪思路，为声学设计提供一个新的技术途径。项目计划书中包含的研究任务已全部完成，并实现研究目标。总体执行情况为，项目主要涵盖四个方面的研究，均围绕声源与声传播之间的相互作用展开。第一部分是建立发动机内部声源预测模型并进行相应的实验研究：研究转子尾迹/静子叶片干涉产生声场特性以及转子叶栅振动发声的声场特性，并在此基础上建立有限区域内的声预测模型。第二部分是建立发动机内部声传播模型并进行相应的实验研究：包括有限区域内局域反应声衬对声传播影响的计算模型，以及非均匀声衬对声传播影响的计算模型。第三部分是建立发动机声辐射计算的理论模型，考虑机体散射作用及发动机安装位置等多物体的声散射计算。第四部分是建立干涉研究模型，考虑声源与声传播及声辐射的干涉效应，研究结果表明，叶片的存在对声衬设计起到至关重要的影响，考虑多种相互作用可以进一步寻求噪声抑制方法，此外，声衬的存在对于抑制叶片非定常载荷也有一定作用。这项研究成果可以进一步深入研究，用于抑制转子叶栅振荡问题中。.在本项目的支持下，研究成果已撰写7篇论文，一篇发表在Journal of Vibration and Acoustics上，两篇文章分别被航空学报中文版和Chinese Journal of Aeronautics接收，两篇为参加AIAA气动声学会议文章，另外两篇分别投稿AIAA Journal和Journal of Sound and Vibration，正在评审中。