锯齿型翼型尾缘噪声控制实验研究

　　０　引　言

　　在先进的翼型设计中翼型尾缘形状对翼型的气动特性有重要的影响。近年来，许多学者致力于研究翼型尾缘形状对翼型气动噪声的影响。位于高速来流中的翼型，尾缘噪音是其翼型噪声的最重要组成之一，它由翼型湍流边界层和尾缘（ＴＥ）的相互作用产生。欧盟ＤＡＴＡ实验项目［１］通过修改翼型形状和应用尾缘锯齿来降低尾缘噪音。虽然在早期的项目中对锯齿尾缘的降噪进行过一些研究［２－３］，但是通过优化的翼型形状来降低噪音的概念还是相对较新的。

　　本文采用尾缘锯齿的方法，主要研究不同齿数和不同齿形对翼型远声场和表面压力载荷的影响。第１节介绍实验方案的相关情况。第２节给出了不同工况下翼型远声场和壁面压力载荷的实验结果，并分析了尾缘锯齿齿数和齿形对翼型远声场和壁面压力载荷的影响。

　　１　实验方案

　　１．１　翼型选择和尾缘锯齿的设计

　　本实验采用ＮＡＣＡ００１８翼型，这是ＮＡＣＡ系列翼型中厚度最厚的一个，能够满足在其上钻压力载荷测量孔，以及在尾部附加锯齿段的需要。

　　基 于Ｄｕｔｃｈ　ＴＷＩＮ项目研究结果的二维调研［４］，超出翼型尾缘１５％弦长比例的锯齿形被认为是最具优势的。而且，在实际实验中，较短的尾端锯齿不会产生明显的颤振；颤振无疑将影响尾缘边界层流动，从而影响整个实验结果。

　　气流的相互作用在尖锐过渡处比较强烈，例如叶片尾缘处，噪声将会急剧增加。对于带有锯齿形尾缘的有限弦长翼型，前人的实验引入了边界元算法，只考虑单一翼型的弦，并且在跨度上使用周期边界条件，获得了实测边界层速度和ｋ－ω谱数据代码，计算了不同长宽比的齿形以找出最佳配置。由于实际构造，锯齿尾缘缺口，径向间距５％的整数倍弦长处，将获得良好的降噪效果。根据风洞测试和ＰＩＶ前流效果图，锯齿尾缘不再受叶尖的三维层面影响［５］。由此可以确定决定锯齿形的３个参数：齿形高度为叶片１５％弦长；锯齿叶片被固定在３３％总齿高外；锯齿尾缘缺口，径向间距５％倍弦长处。图１给出了四种尾缘锯齿形的设计方案，分别为：（１）小齿，齿宽为弦长的５％；（２１０％；（３）小齿有倒角：在小齿的齿根部加倒角；（４）大齿有倒角：在大齿的齿根部增加倒角。以上设计方案的实验结果都将与尾缘无锯齿（无齿）情况相比较。

　　两种齿数的选择都是由其宽为５％弦长倍数来决定的。如果整个翼型尾缘齿数过少，在其两端处并没有形成锯齿化的条件，将对流动有较大影响。因此在此采用了齿数分别为８０和４０两种方案。