本文面向初学者介绍气动声学和流动噪声研究的过去和现况,以声比拟为主要线索展开讨论,澄清了一些常见概念和误区,并解释了代表性问题的气动发声机制,兼顾评述了计算方法和实验技术,最后展望了未来可能有所发展的研究方向。

随着冰箱向超静音方向发展,对冰箱气动噪声的控制有了更高的要求。以家用电冰箱冷藏风机为对象,设计了不同掺混形式的尾缘结构,利用声比拟FW-H计算方法和试验研究其降噪机理。结果表明加速通道和仿生结构两种掺混形式均可改善叶片尾缘处压力梯度和叶片、叶尖涡量,从而降低风机叶片噪声;对于7个叶片、直径为41.8 mm的原型风机,在保证性能的前提下,当转速恒定在1980 r/min时,加速通道叶片降噪量最大可达1.7 dB(A),且降噪效果优于仿生叶片;当提取叶片表面压力最大值作为声源时会导致声传播计算结果不准确,这是因为提取声源的位置和降噪设计相悖,考虑到声比拟计算方法本身局限性,修正声源面提取方法,进行试验验证并获得了较好的结果。

针对螺旋桨飞机远场气动噪声的数值计算、对比验证问题,采用CFD耦合FW H声比拟方法,设计开发了一套螺旋桨飞机远场气动噪声精细化预测程序WiseFWH,选取某螺旋桨带动力翼身组合体巡航构型,对其远场气动噪声的频域特性和总声压级指向性分布进行数值仿真。研究结果表明螺旋桨高速旋转产生的非定常流场脉动是螺旋桨飞机最主要的噪声源;螺旋桨飞机远场噪声辐射具有典型的偶极子特征;脱体涡模拟Des和WiseFWH程序在计算远场气动噪声时具有良好的准确度,计算的声压级分布与实验基本吻合。程序为螺旋桨飞机远场气动噪声预测提供了一种有效数值模拟工具。

采用混合计算气动声学方法对某三段翼气动噪声特性进行分析,气动声源采用IDDES方法模拟,噪声传播预估采用Curle方程。利用圆柱-NACA0012翼型绕流算例对数值算法进行验证,近场气动声源与远场气动噪声的预测结果和实验相吻合,IDDES方法可以精细捕捉涡脱落、分离和再附着等非定常流动现象,能为气动噪声的预测提供足够精确的声源信息;采用Curle方程能够准确高效地预测远场气动噪声,对低马赫数流动可以忽略四极子声源对远场的贡献。在此基础上,对来流迎角7.5°、马赫数0.17和雷诺数1.71×106的某三段翼气动特性和噪声特性进行预测,结果表明襟翼表面脉动压力对噪声贡献最大,缝翼表面脉动压力对噪声贡献最小;1 000 Hz附近的低频噪声源于襟翼尾缘剪切层流动分离和尾涡脱落;缝翼凹腔内的涡脱落、融合和撞击主要诱发500 Hz以下的低频噪声;襟翼尾涡脱落和主...