气动声学

摘要： 大型客机气动噪声的控制涉及飞机适航、安全、舒适等多方面,是大型客机设计系统的关键环节之一。气动声学是建立在空气动力学和声学基础之上的一门新兴的交叉学科,一开始就是为解决航空发动机、一飞机气动噪声问题而发展起来的。气动声学风洞实验是目前最重要的气动声学研究手段。对于复杂流动的机理和规律,复杂物体噪声源的确定,减噪方法的评估、验证等问题均需要进行实验研究。

摘要： 针对直升机噪声问题,基于空气动力学原理和全耦合气动声学分析公式,构建直升机转子叶片灵敏度分析模型,采用ANSYS CFX数值模拟方法与FW-H声学模块耦合的混合气动声学方法,将直升机转子噪声信号传播给远场观测者。利用时域气声伴随算法实现模型求解,选取四叶NACA0012型直升机旋翼在前飞工况的噪声进行实证研究,结果表明模型能有效地预测四叶NACA0012旋翼在前飞时的噪声。在验证成功的基础上,采用伴随公式对旋翼噪声信号进行优化,最后得到时域气声伴随算法的直升机转子叶片形状优化分析的结果。

摘要： 当今大型民机无一例外均采用降噪声衬来满足噪声控制要求。已有的航空发动机降噪工作主要是针对风扇前传噪声进行声衬优化设计且为二维轴对称声衬降噪设计。与风扇前传噪声相比,风扇后传噪声的准确预测是个挑战。基于抛物线近似技术和Kriging代理模型技术,提出了风扇后传噪声三维降噪声衬设计方法和流程。首先基于线化欧拉方程,推导了其抛物线近似方程,把双向声传播的耦合问题近似成单向声传播问题,其次采用高阶色散关系保持(dispersion relation preserving,DRP)空间离散和低耗散、低色散龙格库塔方法(low dispersion Runge Kutta,LDDRK)时间推进格式数值求解抛物线方程得到风扇后传噪声声传播预测结果,显著提高了三维声传播计算效率。同时建立代理模型降低优化寻优开销,发展了兼顾精度和计算效率的风扇后传噪声三维降噪声衬快速设计方法。验证算例表明,本文发展方法可以在满足计算精度前提下,高效率设计降低风扇后传噪声的三维声衬。

摘要： 本文采用LES/FW-H混合算法开展超声速欠膨胀喷流噪声模拟,研究了欠膨胀状态下喷流流场与声场特征,发现欠膨胀喷流核心区下游平均流向速度衰减较理想膨胀喷流减缓,而湍流速度脉动值增大。此外,欠膨胀喷流中激波波系/喷流剪切层干扰增大了作用点附近的高频和低频压强脉动值,其辐射的宽频激波噪声增强了侧向与上游方向的高频噪声。通过分解近场声场,并结合激波波系的捕捉结果,详细给出了激波泄漏产生宽频激波噪声的过程,揭示了宽频激波噪声的产生机理。

摘要： 为了研究不同形式风挡的高速列车在明线运行时的气动噪声,给3辆编组的高速列车模型分别配备3种不同形式的风挡(仅具内风挡、内风挡+半开放式外风挡、内风挡+全封闭式外风挡),运用大涡模拟的方法,对流场进行瞬态计算并获得列车表面动态压力,经傅里叶变换后,对整车及风挡局部的偶极子声源进行频谱分析。研究表明,不同速度下的高速列车表面统计平均A计权声压级频谱曲线基本平行,声压级随着高速列车运行速度的提高而增加,其高频段和低频段声压级较小,在200~1000 Hz之间较高,形成了一个宽频段;与整车表面相比,风挡局部表面偶极子声源的平均A计权声压级明显更高,低频段增加也非常明显,宽频区域也更大,说明风挡局部是全车主要噪声来源之一;3种风挡局部噪声由大到小顺序为:仅具内风挡>内风挡+半开放式外风挡>内风挡+全封闭式外风挡,即内风挡+全封闭式外风挡的降噪效果最好。

摘要： 螺旋桨噪声在航空航天和水中装备等领域广泛存在,是气动声学领域的重要问题和难点问题。螺旋桨噪声问题涉及时间和空间上非均匀各向异性的湍流来流,乃至多尺度的湍流结构与叶片之间的复杂干涉作用,对于螺旋桨噪声问题中的物理机制尚需进一步探索。本文首先针对20世纪70年代提出的螺旋桨吸入湍流噪声的基线问题,详述了50年来螺旋桨噪声研究的发展历史,分析和归纳了螺旋桨噪声在理论、试验和计算等方面的研究成果,并对一些尚未解决的难点进行了阐述。接着介绍了转静干涉、吸入边界层湍流等螺旋桨噪声的若干基本问题。最后,结合实际需求,对下一代飞行器、无人机和水中装备等领域的研究历史和发展现状进行了阐述,并对螺旋桨噪声研究的未来发展方向和潜在应用进行了展望。

摘要： 为研究汽车暖通空调气动噪声特性,以某车型汽车暖通空调为研究对象,通过风阻试验对滤清器和蒸发器进行等效处理,建立仿真模型;基于流体动力学和气动声学理论,结合宽频带噪声源模型和FW-H模型,预测声源分布和噪声特性;将仿真结果与试验结果进行对标验证,出风口风量最大误差为6.7%,最小为2.1%,噪声频谱特性具有较高的一致性。结果表明,Curle噪声源主要分布在鼓风机和空调箱壁面,近场以旋转噪声为主,远场宽频噪声占主导。可适当通过减小叶片与空气接触面积、增加叶片数量、调整蜗舍角度和间隙、增加导流装置等措施降低暖通空调工作时产生的噪声,为汽车暖通空调前期开发提供一种研究方法。

摘要： 为了准确地模拟直升机飞行中的外部噪声,建立了耦合计算流体力学/计算气动声学(Computational fluid dynamics/Computational aeroacoustics,CFD/CAA)的直升机机外噪声预测方法.气动计算采用CFD方法模拟旋翼、尾桨气动力以及气动干扰;噪声计算采用声学无限元方法,考虑固体边界的声散射效应和大气传播中的声衰减特性.以AC311A直升机为例,开展适航规范要求下的飞越噪声计算和分析.飞行试验结果对比分析验证了本文方法能够有效地用于直升机机外噪声的评估与分析.最后进行了误差分析,为直升机外部噪声评估算法和仿真模型的优化提供参考.

摘要： 介绍了一种直升机柔性转子的气动声学设计优化方法的开发与应用.多学科设计优化方法结合了空气动力学、气动弹性和气动声学3个学科,来确定最佳的柔性转子形状,从而在前倾飞行中最小化转子所需的扭矩,以降低噪声的来源.通过与一些声学工具的对比,首次验证了新实现的气声性能,能够有效地降低飞行噪声.通过改变叶片的形状,在减小磁场观测器处的声学信号的同时,使前倾飞行中的柔性转子所需的扭矩最小化.提出的伴随公式可以有效地计算优化算法所要求的灵敏度.通过理论分析、CATIA三维建模和ANSYS仿真分析对直升机的柔性转子进行了气动声学的研究.

摘要： 高铁风驰电掣,飞机冲入云霄,现代人的出行拥有前所未有的速度。三峡电站气势磅礴,哈密风场绵延不绝,新型能源为社会不断注入绿色动力。工业让现代的生产更加高效,生活更加便利,但同时也产生了无处不在的噪声污染。多年来,北京大学工学院航空航天系特聘研究员吕本帅致力于声学相关领域的研究,在航空及能源领域的气动声学研究中取得了一系列成就,为喷气式飞机与风机等设备的噪声控制作出了重大贡献。

摘要： 本文主要想说明有些气动声学和气动光学问题可以从流动稳定性的角度加以分析.举的例子一个是航空发动机外罩后缘裙边的降噪机理,另一个是在高速飞行器光学窗口采用氦气作为冷却工质可以带来的好处.这两个问题实际都牵涉剪切层的稳定性问题.航空发动机后缘存在由外罩外的流动和外涵道的流动所形成的剪切层,其不稳定性产生的大涡结构是重要的噪声源,而裙边的出现则降低了剪切层的不稳定性,从而降低了大尺度结构的增长率和幅值.对应Lighthill的气动声学理论,声源项中雷诺应力的二阶导数项也相应大幅减小,从而降低了噪声.对于光学窗口的喷流问题,外流和喷流形成极不稳定的剪切层,从而会产生大尺度结构,导致严重的气动光学效应.从流动稳定性角度分析,若改用氦气作为冷却工质,可大大降低剪切层的不稳定性及不稳定波的频率,或者使有害的扰动波的幅值降低,或者甚至可避免产生有害的扰动,从而改善光学窗口的品质.

摘要： 气动声学广泛存在于航空航天、交通运输、管泵系统、空调系统、能源系统、家用电器等与流体相关的工业领域。LMS Virtual.Lab气动声学耦合仿真策略可以解决包括内外场噪声传播以及流致振动引起的流-固-声耦合噪声问题。

摘要： 在人体发音过程仿真中,考虑声道边界的动态变化以及气流的流动,可以更加准确、真实地模拟声波在声道中的传播.相比传统声道声学研究中广泛应用的网格方法,在处理带有移动边界的气动声学问题时,无网格方法可以避免网格重构、网格畸变等问题.基于欧拉体系下的气动声学波动方程,推导了拉格朗日体系下声波传播的控制方程,并建立了无网格光滑粒子动力学(SPH)方法的数值离散格式.通过对比静止流体中声传播问题的SPH解和FDTD解,验证了SPH方法在声学计算中的准确性和可靠性.通过成功模拟一维和二维流动流体中的声传播问题,阐明了利用拉格朗日无网格SPH方法求解复杂气动声学问题的可行性.

摘要： 列车高速进入隧道时,会导致隧道入口处气体密度的变化,从而形成类似经典声学中的气动声源.随着列车逐步深入隧道,形成隧内气动声场,通过求解这个声场研究隧道初始压缩波.根据气动声源类别,采用Green函数求解FW-H方程,得到隧内初始压缩波的压力p=p1+p2+pω+pf.初始压缩波随着列车逐步深入隧道而逐渐增大,当U[t]＜L时,压缩波的波前压力主要是p1+p2;当U[t]＞L时,压缩波波前后部的增量主要由pω和pf来控制.与中南大学模型试验结果进行比对,并结合我国高铁技术特征,初步分析了列车速度、车隧阻塞比对隧内初始压缩波的压力和压力梯度的影响.验证与分析结果说明基于气动声学计算方法的合理性与便捷性,是一种适合工程方案比选的方法.

摘要： 本项目在使用声衬处理技术的FL-9闭口风洞内进行了气动声学实验,为机体降噪方法提供可参考的实验数据.首先按照风洞的实际尺寸,设计了一种带有收缩段,消声段和扩张段的声衬结构,覆盖整个风洞试验段内壁面.安装声衬结构后,依次校准不同风速条件下的落差系数,保证了实验风速的精准性.然后分别测量安装声衬结构前后的风洞背景噪声,经分析发现声衬吸声效果明显,满足气动声学实验的要求.最后使用自主研发的数据采集、分析系统,进行普通民机模型气动声学试验.结果表明自主研发的试验系统能够探测到真实声源,并且FL-9风洞使用声衬处理技术后,可以进行起飞、着陆和巡航状态机体噪声试验.

摘要： 本文建立客车空调风道流体域模型并应用计算流体动力学RANS方法求解稳态流场,分析风道流体区域的台阶和扩张口等特征流动产生的壁面分离、漩涡脱落现象和其对流场的影响.基于稳态流场结果应用分离涡模拟方法求解区域瞬态声场,预测风道区域关键边界特征的近场噪声声压级频谱参数,并应用FW-H方程计算远场位置噪声声压级和频谱曲线.

摘要： 为了建立飞机/发动机气动声学一体化预测体系,处理复杂几何体的声散射问题,发展了三维声散射的浸入式边界计算模型,模型中使用两套网格系统,分别离散流体域和浸入边界域,用一系列拉格朗日点表示固体边界,固体壁面边界条件被处理成作用在流体上的直接体积力,通过影响矩阵方法确定该体积力的大小,然后将其作用到相邻的欧拉流体网格点上,而拉格朗日网格点和欧拉网格点上的变量则通过δ函数相互关联.通过对计算气动声学标准算例进行数值校核,验证了方法的可行性和可靠性,同时采用发展的计算模型对具有航空工程应用背景的复杂算例进行了数值模拟.

摘要： 本文采用缓冲层技术建立了无反射边界条件,并通过LEE线化欧拉方程计算了高斯脉动绕圆柱的散射声场,成功抑制了数值伪波在计算域的边界处的非物理反射,对于管道噪声,采用缓冲层技术实现了对管道声源的模态化,并计算了不同模态下的声波在管道内以及管道外的传播.

摘要： 本文通过数值模拟的方法研究了内部声衬对流体诱发Helmholtz腔体声共振现象的抑制作用.首先基于一维管道声传播理论分别建立了壁面和底面铺设声衬的Helmholtz腔体时域声阻抗模型,再结合切向流诱发腔体声共振的离散涡模型,计算了腔体发声的幅值和频率.结果表明腔体内部声衬不仅对腔体声共振的最大声压幅值起到了很好的抑制作用,而且还在一定程度上改变了声共振频率.本文建立的数值模型不仅可完善对声共振机理的认识,同时还在腔体声共振抑制结构设计方面具有一定的工程应用价值.

摘要： 本文通过数值模拟的方法研究了内部声衬对流体诱发Helmholtz腔体声共振现象的抑制作用.首先基于一维管道声传播理论分别建立了壁面和底面铺设声衬的Helmholtz腔体时域声阻抗模型,再结合切向流诱发腔体声共振的离散涡模型,计算了腔体发声的幅值和频率.结果表明腔体内部声衬不仅对腔体声共振的最大声压幅值起到了很好的抑制作用,而且还在一定程度上改变了声共振频率.本文建立的数值模型不仅可完善对声共振机理的认识,同时还在腔体声共振抑制结构设计方面具有一定的工程应用价值.

摘要： 本发明公开了一种声学风洞内高速列车受电弓模型气动噪声快速预测方法，包括以下步骤：S1、建立单个圆柱杆件在自由来流条件下辐射的远场噪声理论模型，将受电弓当成不同来流角度和观察角度的杠杆组合，得到幅值系数，通过远场噪声理论模型和幅值系数得到整个受电弓的气动噪声预测理论模型；S2、计算受电弓的气动噪声频谱，将受电弓的气动噪声频谱代入受电弓的气动噪声预测理论模型中并配合实验数据库得到气动噪声预测理论模型的各项系数；S3、对受电弓的气动噪声预测理论模型的各项系数进行结果修正，得到最终的受电弓远场噪声预测结果。本发明提出的一系列修正方法能全部或部分应用于受电弓及其部件的风洞试验数据修正。

摘要： 本发明公开了一种声学风洞内高速列车受电弓模型气动噪声快速预测方法，包括以下步骤：S1、建立单个圆柱杆件在自由来流条件下辐射的远场噪声理论模型，将受电弓当成不同来流角度和观察角度的杠杆组合，得到幅值系数，通过远场噪声理论模型和幅值系数得到整个受电弓的气动噪声预测理论模型；S2、计算受电弓的气动噪声频谱，将受电弓的气动噪声频谱代入受电弓的气动噪声预测理论模型中并配合实验数据库得到气动噪声预测理论模型的各项系数；S3、对受电弓的气动噪声预测理论模型的各项系数进行结果修正，得到最终的受电弓远场噪声预测结果。本发明提出的一系列修正方法能全部或部分应用于受电弓及其部件的风洞试验数据修正。

摘要： 本发明公开一种能同步测量大尺寸螺旋桨的气动特性和声学特性的试验台，在低速水平风洞中较为真实的测量螺旋桨的气动特性和声学特性。包括桨毂连接件、轴承套筒、联轴器套筒、电机法兰、电机、轴系整流罩组件、六分量天平、桨毂夹板、传动轴、角接触轴承、星型联轴器、整流罩下组件、支撑组件、传声器和传声器轴，传声器可以测量螺旋桨的旋转产生的分贝值，传声器可以测量螺旋桨的旋转产生的分贝值。本发明可同步测量螺旋桨气动特性与声学特性，具有试验效率高，重复性好的优点。

摘要： 一种用于气动声学加工机的机房，该加工机具有旋转驱动装置，该旋转驱动装置被联接以旋转空气叶轮，以通过轴向入口系统吸入空气和待加工的材料，并通过横向出口排出空气和已加工材料。机房包括外壳，该外壳包含包围气动声学加工机的至少一层噪声衰减材料，该外壳具有材料入口端口、空气入口端口和用于输出带有空气的已加工产品的排放端口。提供了气动声学加工机的运行所需的气流路径，以使气流能够进入机房，同时显著降低噪声排放。

摘要： 本发明提供一种用于气动声学风洞的导流叶片，所述导流叶片的外形为流线型，包括：流线型框架和流体吸声填充物；所述流线型框架内填充所述流体吸声填充物，所述流体吸声填充物的外部线形与所述导流叶片的外形相匹配。通过在导流叶片的流线型框架内填充流体吸声填充物，能够确保气流转向的低阻力、均匀性，减少紊流，并且实现消声降噪的作用，降低实验舱背景噪声的分贝，从而确保风洞运行时测试出更优质、精准的数据。

摘要： 一种低压气动声学细水雾灭火喷头，该灭火喷头包括本体、锥体、共振体、外壳和上盖，本体的上端设置有气体进口，共振体和锥体通过螺栓连接在一起，锥体通过螺母和本体相连接，外壳与本体螺纹连接，上盖与外壳、本体螺纹连接，本体内壁上设置有气体分流孔，在椎体下端周边与本体间隙设置有气体二次分流槽；在本体下端靠近外径处设置有水分流孔，在外壳和本体的侧壁上安装有水流喷头，水流喷头孔与水分流孔连通，在水流喷头孔的上下位置本体与外壳的间隙处设置有防止水泄露的密封圈，本体和共振体间隙形成细水雾喷出口。本发明产生使喷出的水能够瞬间雾化，会迅速充满整个保护空间，从而达到对灭火范围的全淹没的效果，提高了灭火效率。

摘要： 本实用新型公开了一种用于风洞的气动声学试验支架，包括固定框架、支架平台、相互匹配的导轨和滑套、以及升降驱动装置，导轨和滑套分别设于固定框架和支架平台上，升降驱动装置置于固定框架的底部，且与支架平台相连，驱动支架平台上下移动；还包括旋转驱动装置，支架平台包括转盘、中部设有轴孔的下支架、以及穿过轴孔的旋转导管，下支架设于转盘底部并与滑套相连，旋转导管上端固定在转盘下表面的圆心处，下端与旋转驱动装置相连，旋转驱动装置通过驱动旋转导管驱动转盘转动。通过控制电机的转动可以准确提升支架平台的高度，通过角度传感器的读数、齿轮比以及手摇转速器把手的转动角度精准控制转盘的转动角度。

摘要： 本实用新型涉及一种挂耳式气动声学装置。包括挂件；发声组件，包括第一发声器和第二发声器，第一发声器和第二发声器分别连接挂件的两端；第一发声器和第二发声器均包括壳体组件和发声单元，壳体组件设有音腔结构，发声单元设于音腔结构并将音腔结构划分为相互连通的第一音腔和第二音腔，壳体组件设有第一出音孔以及第二出音孔。本实用新型利用发声单元将壳体组件内的音腔结构划分为相互连通的第一音腔和第二音腔，且第一音腔和第二音腔均通过相应的出音孔于对外发声，发声单元后侧的声波可以由后出音孔传送至人耳耳道口对低音进行补偿，从而使得耳机发出的整体声音更加清晰、圆润、饱满、并富有声音浑厚立体感。

摘要： 一种低压气动声学细水雾灭火喷头，该灭火喷头包括本体、锥体、共振体、外壳和上盖，本体的上端设置有气体进口，共振体和锥体通过螺栓连接在一起，锥体通过螺母和本体相连接，外壳与本体螺纹连接，上盖与外壳、本体螺纹连接，本体内壁上设置有气体分流孔，在椎体下端周边与本体间隙设置有气体二次分流槽；在本体下端靠近外径处设置有水分流孔，在外壳和本体的侧壁上安装有水流喷头，水流喷头孔与水分流孔连通，在水流喷头孔的上下位置本体与外壳的间隙处设置有防止水泄漏的密封圈，本体和共振体间隙形成细水雾喷出口。本实用新型产生使喷出的水能够瞬间雾化，会迅速充满整个保护空间，从而达到对灭火范围的全淹没的效果，提高了灭火效率。

摘要： 本实用新型属于超大型风洞施工技术领域，尤其是涉及一种气动声学风洞扩散段内钢筒模板抗浮结构，包括多根呈直线排列的竖向连接柱和多个横向连接组件；竖向连接柱的下部预埋在底板混凝土中，且其上部穿过内钢筒模板的底面，同时，竖向连接柱的上端固接在型钢结构支撑架竖梁下端；每个横向连接组件包括多个固定构件、一根横向连接梁和多个钢筋预埋件，每根横向连接梁被多个固定构件压紧在内钢筒模板的底面上；本实用新型有效解决了目前在风洞施工过程中存在的内钢筒模板浮动和偏位问题。