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航空发动机气动噪声控制中的声衬模拟稳定性分析 刘欣 黄迅 Low Noise Aviation Lab coe.pku/faculty/huangxun 2014.09

航空发动机气动噪声控制中的声衬模拟稳定性分析 刘欣 黄迅 Low Noise Aviation Lab www.coe.pku.edu.cn/faculty/huangxun 2014.09. 背景. 适航. 噪声： FAA FAR 36 ； ICAO Annex 16. 规定了一系列繁琐但清晰的声学测试流程；. 不是单独针对发动机噪声的适航标准。. 发动机噪声源部件分解. Nacelle and bifurcation. 风扇. 射流. 涡轮. 燃烧. 压气机. [1] Wikipedia.

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航空发动机气动噪声控制中的声衬模拟稳定性分析 刘欣 黄迅 Low Noise Aviation Lab coe.pku/faculty/huangxun 2014.09

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  1. 航空发动机气动噪声控制中的声衬模拟稳定性分析 刘欣黄迅 Low Noise Aviation Lab www.coe.pku.edu.cn/faculty/huangxun 2014.09

  2. 背景 适航 噪声：FAA FAR 36； ICAO Annex 16 规定了一系列繁琐但清晰的声学测试流程； 不是单独针对发动机噪声的适航标准。

  3. 发动机噪声源部件分解 Nacelle and bifurcation 风扇 射流 涡轮 燃烧 压气机 [1] Wikipedia.

  4. 此处只是适航角度结果。压气机、涡轮、燃烧噪声会影响研发成败！此处只是适航角度结果。压气机、涡轮、燃烧噪声会影响研发成败！ 必要性 u n x [1]Eugene Kors, “Significantly lower community exposure to aircraft noise”, 2004.

  5. 风扇噪声进一步分解 [1] JASA, 2013c

  6. 风扇噪声进一步分解 [1] JASA, 2013c

  7. PKUDuct 数值模拟的模型？ [1] Xun Huang, et al., AIAA J., 2008.

  8. PKUDuct验证 近场预测结果（LEE）和Wiener-Hopf理论解对比 半无限长圆管声传播 Wiener-Hopf理论解 和我们的LEE数值解算器 结果对比 结论1：我们的LEE解算器准确，但是还需要时域声衬条件； 结论2：WH解算器更快，但是也需要扩展到声衬情况。 [1] Munt, JFM, 1977.

  9. 声衬问题 • 声衬是最有效的噪声控制手段。 • 声衬问题仍然是研究热点（20/260篇文章，20th AIAA/CEAS Aeroacoustic Conference 2014）。 声衬类型 优化方法 水槽问题 阻力影响 安装位置 宽频性能 噪声指标 叶尖气动 测试问题 数值模拟 测试系统 加工问题 如何验证 边界条件 目标：常规声衬的优化设计方法（和工具）

  10. 声衬设计实现 表面材料？表面材料厚度？开孔率？孔直径？空腔深度？ 马赫数影响？温度影响？ 怎么得到上述预测模型？

  11. 声衬阻抗优化设计路线图 计算模型 声衬模型 频域模型 预测模型 时域模型 拟合模型 Tam 计算模型 Long 预测模型 Fung SDOF MDOF Huang 新型声衬 优化方法 暴力算法 人工智能

  12. 时域数值计算中声衬阻抗边界条件 and 如何避开卷积？ [1] Myers, M.K., JSV, 71(3), 1980.

  13. 时域数值计算中声衬阻抗边界条件 是否数值稳定？ [1] Tam and Auriault, AIAA J. 34(5), 1996.

  14. 时域数值计算中声衬阻抗边界条件 2.5D LEE只能算单频， 因此只需要单频时域liner 条件

  15. 时域数值计算中声衬阻抗边界条件 假设 为什么数值不稳定？ 怎么设计个计算稳定的时域阻抗 边界条件？ [1] Tam and Auriault, AIAA J. 34(5), 1996.

  16. 背景知识 可能不稳定，所以根据Bode图可以判断。 那么当 例如 [1] 任何控制教科书

  17. 时域数值阻抗边界稳定性分析 传递函数是什么？

  18. 时域数值阻抗边界稳定性分析 即 则传递函数P(s)为 [1] X. Huang, et al. JASA 2013.

  19. 时域数值阻抗边界稳定性分析 边界条件怎么表达？ [1] X. Huang, et al. IJA 2006.

  20. 时域数值阻抗边界稳定性分析

  21. 时域数值阻抗边界稳定性设计 [1] 任何控制教科书。

  22. 时域数值阻抗边界稳定性设计 如果无流动 如果有流动

  23. 校验 [1]Rienstra, JEM, 2007.

  24. 校验 [1]Rienstra, JEM, 2007.

  25. 应用：PKUDuct 集成到整体软件中的solver界面

  26. 应用结果

  27. 应用结果

  28. 应用结果

  29. 实际算例

  30. 实际算例

  31. 实际算例

  32. 总结 • 简要介绍了发动机风扇噪声传播和控制的计算模拟； • 从控制角度的新的分析和设计阻抗边界条件的方法； • 从数值角度提供了新方法、新视角。

  33. 谢谢！ 黄迅huangxun@pku.edu.cn HTTP://www.coe.pku.edu.cn/faculty/huangxun

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