采用非定常DDES方法研究了缝翼滑轨系统的时均流动特性和瞬态流动特性,并进一步采用FW-H方法对其远场气动噪声特性进行了评估分析。计算结果表明1)相比无轨无舱构型,有轨无舱构型在滑轨根部上方出现了流场强脉动区。有轨有舱构型则进一步在滑轨舱内和主翼上翼面出现了更大的流场强脉动区;2)滑轨周围出现了类似方柱绕流的弦向涡对结构,并沿着机翼弦向不断扩张,而后受到滑轨舱空腔壁面的限制和挤压,最终破碎为大量的小涡并耗散消失;3)在展向对称面上,无轨无舱构型接近于典型的偶极子噪声;有轨无舱构型也接近于偶极子噪声,其主轴方向稍沿顺时针转动;有轨有舱构型则表现出非对称性;4)在270°方位角,滑轨和滑轨舱带来的总声压级增量分别为7 dB左右和2 dB左右。

尖端延伸可改变自由剪切层的形成和发展,并对缝翼噪声辐射产生影响。首先,基于30P30N多段翼型及DDES瞬态流场仿真方法,分析该翼型在两种尖端延伸方式下的压力、湍动能及瞬态涡量等参数的分布趋势;其次,利用FW-H积分法分析缝翼的远场噪声声压级与指向性分布特征;最后,基于∇2ρ瞬态流场结构分析方法,研究缝翼尖端延伸对剪切层涡结构的动态演变规律,及其对气动噪声特性的影响。结果表明尖端延伸可有效改变缝翼流场参数分布,其中沿剪切层方向延伸,可减弱缝翼凹腔的湍动能强度,减小气流分离涡的特征尺度,在一定程度上抑制缝翼噪声的辐射(低频段窄带峰值降低约3 dB)。

通过采用三维瞬态DDES数值方法模拟强横风下,在路堤上运行的高速列车周围流场,对比3,6,9和12 m 4种路堤高度对高速列车瞬态气动性能的影响。研究结果表明强横风下,随着路堤高度的增加,列车两侧压力差增大,并影响列车周围流速分布,使得流场情况更为复杂。瞬态流场结构显示,在路堤高度增加之后,车体背风侧的涡结构逐渐由体积较小、脉动频率较高、能量较小的分离状逐渐转变为融合度更高、体积更大、脉动频率较低、能量较大的涡结构,将会使得车体运动的稳定性受到更大影响,更容易发生倾覆危险。从气动力来看,随着路堤高度的增加,头车受到的气动载荷增加较大。

缝翼噪声是机体噪声的重要组成部分,调整缝翼结构参数可有效抑制缝翼噪声的辐射。针对典型多段翼型30P30N,首先,通过调整缝翼结构参数,如改变缝翼与主翼之间的相对位置、封闭缝翼通道等,以得到新的缝翼构型;其次,采用DDES方法计算三维瞬态流场,分析新构型下缝翼附近流场的涡量分布特性,以及利用FW-H积分方程获得远场噪声辐射的指向性和声压级分布特性;最后,通过参数对比分析,揭示缝翼辐射噪声的产生机理,并获得缝翼结构参数对噪声辐射特性的影响规律。研究结果表明:缝翼附近流场的涡量强度与缝翼噪声源有着紧密的联系;通过调整缝翼位置参数与缝翼后缘变形等方法,能有效降低缝翼前缘尖端附近流场的涡量强度,可在保持较高的升力系数的条件下,较大幅度降低缝翼噪声辐射。