单喷管火箭自由喷流噪声数值模拟
发布时间：2021-04-08 20:32
利用非定常燃气流场数值模拟方法,研究超声速喷流核心区及其外围亚声速区燃气流动态分布和流动特性,在此基础上利用欧拉方程条件的伽辽金有限元方法以及FWH方法,实现并完成喷流噪声传播特性、辐射特性数值模拟。喷流噪声数值模拟结果显示:燃气流推进初期,强喷流噪声区域紧随燃气流前锋;燃气流场相对稳定后,强喷流噪声区域主要位于燃气流等能区末稍,一些小尺度试验的燃气流激波系附近也存在较强喷流噪声。这些强喷流噪声主要由燃气流前锋带动的大涡动态卷吸、燃气流强湍流脉动以及激波扰动引起。受数值模拟网格分辨率影响,当前仅能保持中低频段声压级数值模拟结果与实测结果总体接近。
【文章来源】：宇航学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
喷流噪声数值模拟研究方法框图
图1所示喷流噪声数值模拟研究方法中,非定常燃气流场数值模拟是喷流噪声数值模拟的基础和前提,但其依据的模型和喷流噪声数值模拟模型必须联合开发,如图2、图3所示。从图2、图3可以看出,喷流噪声数值模拟模型与燃气流场数值模拟模型的主要差别在于是否包含燃气流核心区,喷流噪声数值模拟模型不包含燃气流核心区,主要原因是当前超声速气流噪声预示方法尚不成熟,发展的伽辽金有限元方法、FWH方法适用于亚声速气流噪声传播、声辐射特性研究,也具有统一、规范的理论基础。燃气流场及喷流噪声场实际建模过程中,规划图2、图3所示燃气流核心区域包络了全部超声速流动区域,也包络了剪切速率极高的自由喷流边界层以及下游部分高亚声速(Mae≥0.8)区域,主要目的是立足亚声速燃气流流动区域数值模拟研究喷流噪声分布特性及形成机理,使数值模拟结果具有一定可信度。
从图2、图3可以看出,喷流噪声数值模拟模型与燃气流场数值模拟模型的主要差别在于是否包含燃气流核心区,喷流噪声数值模拟模型不包含燃气流核心区,主要原因是当前超声速气流噪声预示方法尚不成熟,发展的伽辽金有限元方法、FWH方法适用于亚声速气流噪声传播、声辐射特性研究,也具有统一、规范的理论基础。燃气流场及喷流噪声场实际建模过程中,规划图2、图3所示燃气流核心区域包络了全部超声速流动区域,也包络了剪切速率极高的自由喷流边界层以及下游部分高亚声速(Mae≥0.8)区域,主要目的是立足亚声速燃气流流动区域数值模拟研究喷流噪声分布特性及形成机理,使数值模拟结果具有一定可信度。自由喷流非定常燃气流场数值模拟程序主要基于计算流体力学发展的相对成熟的Roe-FDS隐式算法实现,该程序给出燃气流核心区包络边界上压力、速度、密度脉动信息,作为声源边界条件,驱动后续喷流噪声声传播数值模拟。喷流噪声声传播数值模拟基于欧拉(Euler)方程开展,欧拉方程微分形式为:
【参考文献】：
期刊论文
[1]单喷管液体火箭发射喷流噪声模拟试验研究[J]. 陈劲松,曾玲芳,胡小伟,范虹. 空气动力学学报. 2015(06)
[2]火箭整流罩外气动噪声环境的大涡模拟研究[J]. 赵瑞,荣吉利,任方,李海波,袁武. 宇航学报. 2015(09)
[3]3D NUMERICAL SOLUTION OF AERO-NOISE WITH HIGH-ORDER DISCONTINUOUS GALERKIN METHOD[J]. 吕宏强,孙强,秦望龙. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics. 2013(03)
[4]火箭发射燃气喷流缩比试验相似参数[J]. 陈劲松,马鸿雅,林禹. 空气动力学学报. 2005(03)
本文编号：3126223
【文章来源】：宇航学报. 2020,41(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
喷流噪声数值模拟研究方法框图
图1所示喷流噪声数值模拟研究方法中,非定常燃气流场数值模拟是喷流噪声数值模拟的基础和前提,但其依据的模型和喷流噪声数值模拟模型必须联合开发,如图2、图3所示。从图2、图3可以看出,喷流噪声数值模拟模型与燃气流场数值模拟模型的主要差别在于是否包含燃气流核心区,喷流噪声数值模拟模型不包含燃气流核心区,主要原因是当前超声速气流噪声预示方法尚不成熟,发展的伽辽金有限元方法、FWH方法适用于亚声速气流噪声传播、声辐射特性研究,也具有统一、规范的理论基础。燃气流场及喷流噪声场实际建模过程中,规划图2、图3所示燃气流核心区域包络了全部超声速流动区域,也包络了剪切速率极高的自由喷流边界层以及下游部分高亚声速(Mae≥0.8)区域,主要目的是立足亚声速燃气流流动区域数值模拟研究喷流噪声分布特性及形成机理,使数值模拟结果具有一定可信度。
从图2、图3可以看出,喷流噪声数值模拟模型与燃气流场数值模拟模型的主要差别在于是否包含燃气流核心区,喷流噪声数值模拟模型不包含燃气流核心区,主要原因是当前超声速气流噪声预示方法尚不成熟,发展的伽辽金有限元方法、FWH方法适用于亚声速气流噪声传播、声辐射特性研究,也具有统一、规范的理论基础。燃气流场及喷流噪声场实际建模过程中,规划图2、图3所示燃气流核心区域包络了全部超声速流动区域,也包络了剪切速率极高的自由喷流边界层以及下游部分高亚声速(Mae≥0.8)区域,主要目的是立足亚声速燃气流流动区域数值模拟研究喷流噪声分布特性及形成机理,使数值模拟结果具有一定可信度。自由喷流非定常燃气流场数值模拟程序主要基于计算流体力学发展的相对成熟的Roe-FDS隐式算法实现,该程序给出燃气流核心区包络边界上压力、速度、密度脉动信息,作为声源边界条件,驱动后续喷流噪声声传播数值模拟。喷流噪声声传播数值模拟基于欧拉(Euler)方程开展,欧拉方程微分形式为:
【参考文献】：
期刊论文
[1]单喷管液体火箭发射喷流噪声模拟试验研究[J]. 陈劲松,曾玲芳,胡小伟,范虹. 空气动力学学报. 2015(06)
[2]火箭整流罩外气动噪声环境的大涡模拟研究[J]. 赵瑞,荣吉利,任方,李海波,袁武. 宇航学报. 2015(09)
[3]3D NUMERICAL SOLUTION OF AERO-NOISE WITH HIGH-ORDER DISCONTINUOUS GALERKIN METHOD[J]. 吕宏强,孙强,秦望龙. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics. 2013(03)
[4]火箭发射燃气喷流缩比试验相似参数[J]. 陈劲松,马鸿雅,林禹. 空气动力学学报. 2005(03)
本文编号：3126223
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