开式空腔流动噪声及其控制的数值研究

发布时间：2020-08-27 20:32

【摘要】：空腔不仅是内埋式武器舱和起落架舱的基本结构,而且很多发动机内部的凹槽都可以看作是空腔结构。其中开式空腔流动作为应用最广泛且最复杂的空腔流动类型而成为国际上的研究热点。当自由来流经过开式空腔时,开式空腔流动表现出剧烈的自持振荡现象,这种非定常的流动会在空腔内部诱发强烈的气动噪声。强烈的噪声对弹机分离会产生不利影响。因此开式空腔流动及控制的研究在工程应用领域具有极高的现实意义。本文采用延迟分离涡模拟方法数值模拟了超声速和亚声速下的开式空腔流动。通过研究超声速开式空腔前缘波系的演化过程,发现了超声速开式空腔前缘波系的间歇特性。对比分析了亚声速和超声速流动机理的不同。提出了在前缘附近放置三角形扰流柱这种较为创新的被动控制方法。并根据扰流柱距前缘距离不同数值模拟了两种控制方案。并将这两种控制方案分别应用到超声速和亚声速开式空腔的流动控制中,对比了两种控制方案的控制效果。通过研究发现,超声速开式空腔剪切层在前缘的不稳定性表现出交替诱发间歇出现的压缩波和膨胀波。其中一个流动周期内出现压缩波的概率高于出现膨胀波的概率,并定量计算出压缩波的间歇因子为28.8%,出现膨胀波的间歇因子为17.1%。两种控制方案在超声速开式空腔流动中均取得了一定的控制效果。并且两种方案的控制机理相同,都是剪切层被抬高。其中方案二中的剪切层存在二次被抬高的现象,因此方案二的控制效果最好,空腔中后部(高压力区)底部总声压级降低幅值达5~8 dB。相比超声速开式空腔流动,亚声速流动中剪切层涡脱落的速度变慢,尺度变大。而且大尺度涡在向下游演化的过程中占据了空腔内部的大部分空间,这导致了亚声速开式空腔流动产生的噪声中宽频带噪声占据了主导。两种控制方案在超声速开式空腔流动中同样也都取得了一定的控制效果。方案一比方案二的控制效果要好,空腔中后部(高压力区)底部总声压级降低幅值达10 dB。值得注意的是通过对空腔底部的压力测量点进行FFT发现方案二中测量点的宽频带噪声一直最高。
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V271.4
【图文】：

沈阳航空航天大学硕士学位论文第 1 章 引 言各种战机的革新换代，对战机的高突了近些年国际上研究的热点。隐身性身性就必须减小飞机的雷达反射面加了飞机的飞行阻力不利于提高机武器Qg埋不仅减小战机的附加阻力还机身的 RCS 从而提高了隐身性。此而改变。近些年来以美国为代表的 机都采用了Qg埋式武器舱。因此武器

沈阳航空航天大学硕士学位论文超出此马赫数范围，Rossiter 公式的精准性大大下下空腔纯音频率预测。在 Rossiter 的研究基础上，后的 Heller 半经验公式为：2 1/2[ ](1 [( 1)/ 2] ) 1/ kmvU mfL M M 为空气的比热比。其余各常数取值与 Rossiter 公式Heller 和 Bliss[8]详细地分析和论述了开式空腔中剪切充到了声学领域。剪切层和空腔后壁之间的作用产运动并作用于周围流体，最终声波与空腔前壁作用一个声波反馈回路（如图 1.2）。

第 3 章 超声速开式空腔前缘波系研究声速开式空腔的流动及波系结构较为复杂。N.Zhuang[10]和 Ryan F.Schmit[像法分别观察到超声速开式空腔附近明显的波系结构。而超声速开式空腔产生和演化过程与剪切层的输运有着密切的联系，这对我们研究剪切层的波的产生至关重要。早些之前 H.Heller[51]就通过实验方法观察到了剪切层现在前缘处交替出现的凹凸运动。而这种运动带来的结果是前缘处诱发产压缩波和膨胀波。当时 H.Heller 把这些波统称为“准压缩波”。后来 N.Zh文章中简单提及到，自由来流剪切层在空腔前缘处，由于不稳定造成剪切下“拍打”。章通过对超声速开式空腔的数值计算结果处理分析，发现了前缘附近交替和膨胀波。并通过定量计算得出了一个周期内压缩波和膨胀波出现的间歇声速开式空腔的流动及噪声控制方法研究有重要意义。计算模型及边界条件

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本文编号：2806588