悬停状态下旋翼噪声声源反演的正则化方法

发布时间：2021-10-26 07:10

　　根据旋翼辐射的气动噪声求解气动声学反问题,给定合理的旋翼表面载荷并结合声类比方法得到观测点的信号,以此进行表面载荷反演。对建立的大型不适定性方程组采用奇异值分解结合正则化方法进行求解,为克服反演结果存在的数值振荡,采用多项式函数来表示未知量,并引入库塔条件作为先验信息。结果表明:理想条件下,该方法得到的旋翼表面的压力分布更接近输入值,尤其在载荷分布较大的叶尖区域,考虑干扰噪声影响后,该方法得到的展向截面吸力峰位置的最大相对误差从15%减小到4%。 

【文章来源】：航空动力学报. 2019,34(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

图１ＩＳＯＭ噪声的验证Ｆｉｇ．１ＶａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆＩＳＯＭｎｏｉｓｅ

，用来验证旋翼亚声速悬停的声辐射特性，Ｆｒｅｎｃｈ－ＧｅｒｍａｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎ－ｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳａｉｎｔ－Ｌｏｕｉｓ（简称ＩＳＬ）模型。该试验是晚间时候在空旷的户外进行的，１号传声器位于旋转平面内，距离转轴１倍旋翼直径。２号传声器位于Ｍ０１下方２０°位置。试验时旋翼桨尖马赫数为０．６５，其几何参数见表１所示。首先通过数值模拟方法［２６－２８］获得ＩＳＬ模型的壁面载荷，采用基于Ｆａｒａｓｓａｔ－１Ａ公式预测远场观察点的脉动压力。图２是预测值与试验数据表１旋翼的几何参数Ｔａｂｌｅ１Ｒｏｔｏｒｇｅｏｍｅｔｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ参数数值旋翼直径／ｍ２．００桨根半径／ｍ０．２８翼型ＮＡＣＡ００１２弦长／ｍ０．１５线性扭转角／（°）６．９４５桨叶质量／ｋｇ１．４桨叶数２图２采用ＦＷ－Ｈ方程预测ＩＳＬ旋翼噪声（Ｍａ＝０．６５）Ｆｉｇ．２ＶａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆＦＷ－ＨｅｑｕａｔｉｏｎｔｏｐｒｅｄｉｃｔＩＳＬｒｏｔｏｒｎｏｉｓｅ（Ｍａ＝０．６５）的比较（图中右下方黑色圆点表示放置麦克风的位置），可以看出不论在旋转平面内的１号传声器位置还是非旋转平面的２号传声器位置预测值均与试验数据均吻合良好，进一步验证了本文采用基于Ｆａｒａｓｓａｔ－１Ａ公式预测旋翼气动噪声的能力。０４８

ｉξｉｊ（１４）式中ξｊ为该截面的弦向点坐标，ｚｉ为多项式系数，ｘ（ξｊ）为ξｊ点的压力。整理得到ｘ＝Ｃｚ，其中矩阵Ｃ为多项式函数构成的系数矩阵，ｚ为所求的多项式系数。原始求解方程Ａｘ＝ｂ变为ＡＣｚ＝ｂ，Ｍ＝ＡＣ，所求方程为Ｍｚ＝ｂ，这样就把对未知数的求解转换为多项式系数的求解。求得ｚ，则ｘ＝Ｃｚ，这种变量替换有两个明显的好处，一是变量替换后未知量数目明显减少；二是解是多项式曲线很自然的保证反演结果的光滑性。图３压力系数分布的多项式拟合Ｆｉｇ．３Ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌｆｉｔｔｉｎｇｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ下面采用多项式函数对一组压力系数进行拟合，以选取合适的多项式。目标压力系数用图３中的黑色方块表示，分别选用了３～６次多项式，表２给出了不同次多项式拟合的误差，从３～４次变化不大，从４～５次时误差从０．４９％下降到０．１８％，变化明显，６阶多项式拟合误差为０．１３％并没有显著下降。为清晰起见，图３给出了４～５次多项式的拟合曲线。综合考虑，本文选取５次１４８

【参考文献】：
期刊论文
[1]可压升力面理论桨扇气动设计反问题方法[J]. 周亦成,单鹏.  航空动力学报. 2017(06)
[2]一种叶轮机三维叶型黏性反问题方法[J]. 宁方飞,贾新亮,鞠鹏飞.  航空动力学报. 2016(06)
[3]旋翼非定常气动特性CFD模拟的通用运动嵌套网格方法[J]. 赵国庆,招启军,吴琪.  航空动力学报. 2015(03)
[4]基于CFD方法的直升机旋翼/尾桨非定常气动干扰计算[J]. 樊枫,徐国华,史勇杰.  航空动力学报. 2014(11)
[5]用强耦合RANS方法模拟旋翼悬停流场[J]. 姬昌睿,杨小权,杨爱明,司江涛,刘沛清.  航空动力学报. 2014(08)
[6]叶片全三维反问题优化设计方法[J]. 朱阳历,王正明,陈海生,谭春青.  航空动力学报. 2012(05)
[7]转子/静子干涉气动声学反问题研究[J]. 罗俊,李晓东.  航空动力学报. 2001(03)



本文编号：3459075