声衬与发动机管道外形的综合优化

摘要

随着全球范围内民用航空业的快速发展，噪声问题受到越来越多的重视，民用飞机的噪声标准也日趋严格。对民机制造商来说，需要发展准确有效的飞机噪声数值预测方法，满足低噪声设计的需求。飞机噪声包括机体噪声和发动机噪声，尽管大涵道比涡扇发动机使得发动机噪声在飞机噪声中的比重有所降低，发动机噪声仍然是重要的噪声源，其中之一是风扇噪声。本文研究风扇噪声传播的数值预测及低噪声优化设计方法。风扇噪声问题可以采用混合方法，发动机的转子/定子区域产生的噪声在管道内部的传播可以通过求解线化欧拉方程（LEE）来预测，远场的辐射可以通过求解FW-H积分来实现。本文使用基于复数形式的2.5D时域LEE方程和Fung提出的时域阻抗边界条件（TDIBC）模型的计算气动声学（CAA）方法模拟了亚音速进气道的风扇噪声的管道内传播及远场声辐射过程，并对进气道几何外形及声衬参数进行了优化以降低远场声压级。声传播计算采用复数形式的时域线化欧拉方程，进气道的非均匀背景流场通过雷诺时均方法（RANS）求解，基于该背景流添加了TDIBC边界条件；程序的正确性通过无凸缘半无限管道的远场噪声数值预测结果与解析解的比较得到验证，TDIBC的程序实现通过NASA的GIT切向入射管实验数据进行验证；基于Kriging-RSM优化方法，采用总压恢复系数（TPR）和远场声压级（SPL）衰减幅值作为两个目标函数，提出考虑进气道几何外形及声衬参数的综合优化策略，优化结果表明该优化策略能够用于进气道风扇噪声传播的优化设计，得到气动特性和噪声特性综合最优的设计方案。本课题研究结果对于发展民用飞机的噪声预测方法及实用降噪技术有一定的参考价值。

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第一章 绪论

1.1 飞机的噪声问题

1.2 声衬降噪技术

1.3 课题主要工作内容

1.4 课题的创新点

第二章 管道噪声传播的时域CAA方法

2.1 高阶空间离散格式

2.2 时间推进格式

2.3 人工选择阻尼

2.4 控制方程及声源

2.5 无反射边界条件

2.6 本章小结

第三章 阻抗边界条件

3.1 Helmholtz谐振器

3.2 阻抗边界条件的发展

3.3 阻抗边界条件的构建

3.4 本章小结

第四章 管道声传播代码的验证

4.1 半无限管道声传播的数值验证

4.2 NASA切向入射管实验的数值验证

4.3 本章小结

第五章 发动机进气道外形与声衬的优化

5.1 进气道噪声传播的数值模拟

5.2 响应面优化方法

5.3 进气道外形优化

5.4 进气道声衬优化

5.5 外形参数及阻抗的同步优化

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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