在常规气动声学研究中,机翼结构往往被视为不会与流体发生耦合作用的刚性体,认为流体压力不会引起机翼结构振动。但实际上机翼结构在外部流体激励作用下会产生振动,结构振动会起流场变化进而引起气动噪声变化。对于弹性较大的机翼结构忽略这种流固耦合振动噪声效应会导致数值模拟结果偏离实际情况。为了研究流固耦合振动效应对气动噪声预测结果的影响,以NACA0012翼型为对象,采用CFD/CSD耦合数值方法求解翼型流场和结构场的非定常响应,再通过FW-H方程评估翼型的远场辐射气动噪声。仿真结果表明考虑流固耦合效应时翼型的气动噪声要显著大于刚体模型情况,并且噪声声源指向性发生明显改变。对机翼表面涡量分析发现,机翼的振动改变了机翼表面压力分布,导致机翼表面湍流动能增强,进而造成机翼辐射气动噪声的增大;并且弹性机翼辐射的气动...

通过风洞试验对某高速动车组整车、受电弓及转向架远场气动噪声特性进行分析。试验结果表明,高速动车组远场气动噪声是一宽频噪声,总声能随速度的6.6次方增加;由受电弓引起的远场气动噪声主要集中在中高频,噪声峰值频率随速度变化线性增加;由转向架引起的远场气动噪声主要集中在中低频,噪声峰值频率与速度无关。在此基础上,通过大涡模拟和声扰动方程获得该高速动车组近场噪声。高速动车组远场噪声测点仿真结果与试验结果的最大差值2.2dB(A),最大相对误差2.5%,表明仿真模型的准确性。仿真结果表明,车头近场噪声以车头鼻尖为界,底部气动噪声能量大于上部流线型气动噪声能量,其中转向架舱位置噪声能量最大,因此进行车内外降噪方案设计时,应重点关注车头转向架舱位置。

基于FW-H方程,对离心风机进行气动声学理论分析,结合噪声测试方法,对某雷达天线系统进行噪声试验研究分析。测试数据表明,噪声和振动加速度频谱图分布较为接近,噪声振动能量峰值频率均为离心风机叶片基频的倍频,即雷达天线系统噪声主要来源于离心风机的气动噪声。通过改变均热板上翅片与风机叶片边缘的间距和调节风机转速,对单个离心风机开展噪声试验研究。由实验结果可知,随着间距增大,其噪声值降低,且噪声能量逐渐集中分布在低频区域;离心风机噪声值随着其转速增大而增加,不同工况下离心风机噪声能量均在其叶片基频的二倍频处最大。噪声试验获得的不同工况下离心风机噪声云图可为雷达天线系统均热板的结构优化设计提供试验和理论依据。

为研究水平转弯状态的旋翼气动噪声特性,基于Camrad II计算得到的旋翼非定常气动载荷,采用Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程计算了旋翼气动噪声特性。在相同转弯半径下计算分析了前进比对旋翼气动力和噪声的影响;同时基于二级声辐射模型开展了地面声场计算。计算结果表明旋翼拉力和桨涡干扰会对旋翼噪声产生影响,在某些工况下都可能起主导作用;合理地选择转弯状态可以降低旋翼噪声水平。当转弯半径为40 R时,左转弯状态最佳前进比为0.25,右转弯状态最佳前进比为0.2;不同前进比对应的最大地面等效连续声级差异能够达到7 dB。

基于紧致源模型和FW-H方程,建立了一个旋翼气动噪声快速计算模型。其中,采用三维网格对桨叶外形进行精确描述,并结合Farassat 1A公式中的厚度噪声计算公式,以准确计算旋翼桨叶厚度噪声;载荷噪声计算方面,则采用Camrad Ⅱ进行旋翼非定常载荷的计算,并结合Farassat 1A公式的载荷噪声计算公式进行计算;最后将厚度噪声和载荷噪声进行时域叠加来计算旋翼的总噪声。在此基础上,与基于CFD/FW-H方程的旋翼噪声模型进行了计算对比,结果表明本文方法计算效率远高于CFD/FW-H模型,且在总噪声主要传播方向上,悬停状态下的差值在0.6dB以内,前飞状态下差值在1.0dB以内,具有较好的可靠性,能够用于旋翼噪声的快速评估。

建立了某头型的1∶8缩比三车编组气动噪声仿真模型,采用大涡模拟获得车身湍流脉动压力,基于FW-H方程和声扰动方程分别获得远场噪声和近场噪声,从而建立一整套头型气动噪声预测方法.远场测点总声压级的仿真结果与风洞试验结果相差小于2.0dB(A),频谱变化趋势相同,量级相差较小,表明基于FW-H方程得到远场噪声的可行性.基于声扰动方程能够获得头型关键部位的总声压级,通过对比量级发现,转向架部位总声压级量级远大于其他部位,这与传声器阵列识别结果相吻合,从而验证了声扰动方程获得近场噪声结果.对比头型各部位湍流脉动总压力级和总声压级发现,转向架和排障器量级大于车窗、鼻锥和车体;与湍流脉动总压力级相比,总声压级分布更为均匀,量级更小.

为了减少翼型的气动噪声，采用声类比的方法，以NACA0018翼型为研究对象，研究脊状结构对翼型远场噪声的影响。分别模拟来流速度为12 m/s和24 m/s，在6°攻角下布置脊状结构的翼型流场，对应的基于弦长雷诺数大约为1. 6×105。通过FW-H方程计算大涡模拟提取的声源项，得到Riblet-Q和Riblet-H翼型的声场。非定常流场计算结果表明:6°攻角下Riblet-H翼型能够改善翼型边界层分离情况，抑制涡结构脱落，从而减小翼型表面压力脉动和接收点处声压波动。逆压梯度段脊状结构可以有效减小频率在0～3 000 Hz内的噪声。进一步研究表明，该状态下的噪声主要由边界层引起的涡脱落噪声所主导。可见，适当位置的脊状结构可以改善翼型的噪声情况。

基于动网格技术，通过编写UDF代码成功实现了叶片的一阶弯振及一二阶叠加弯振。数值模拟过程中，采用大涡模拟（LES）分析刚性叶片与低阶弯振后风轮近尾迹速度与涡量特征。运用FW-H方程，以风轮表面为声源面，通过选取不同测试线上的监测点分析叶片不同运动状态下辐射声频谱及声压级变化。研究结果表明:施加振动后，在0.71R处出现轴向速度亏损，且在叶尖位置亏损最大;振动风轮整体噪声增大。文章通过研究模拟振动风轮的尾迹流动和噪声分析，为实际运行的风力机产生的气动噪声及声辐射传播特性提供一定参考。

为了研究复燃对火箭发动机射流声场的影响,建立了一个可以计算火箭发动机射流复燃流场和声学特性的模型:采用DES湍流模型模拟湍流流动;有限速率化学反应模型模拟固体火箭冲压发动机射流的复燃;以基于FW-H方程的声类比方法分析了分析射流噪声。以2个典型算例进行了验证性模拟计算,并与文献中计算结果进行了对比,表明本文所采用的算法在计算射流流场二次燃烧和噪声预测的可靠性。分析了冻结流和化学非平衡流两种工况下的流场特性和声学特性。计算结果表明:当考虑燃烧时,在整体上总声压级有所增大,特别是在角度为0~30°方向上有所增加,相差最大可达6dB。

对离心风机叶片进行打孔处理,分析叶片打孔位置对风机噪声的影响。首先在稳态流场的计算结果上加载宽频噪声模型,得到不同工况下离心风机蜗壳和叶片上噪声分布情况,然后在瞬态分析的基础上加载FW-H噪声模块,利用LES/FW-H匹配技术分析叶片打孔对离心风机的气动噪声特性及声压级的影响。研究结果表明:离心风机结构表面声压主要集中在集流器、蜗舌和叶轮处,随着转速的增加,最大声压级也相应升高,趋势为先加快后减缓;离心风机气动噪声的频率主要集中在低中频段,且降低速度较快,在高频段则趋于平稳。与风机原模型相比,叶轮前端和中间打孔能够有效地降低噪声,噪声分别下降了4 dB和1 dB,后端打孔则会导致噪声升高。