一种涡扇发动机短舱吸声结构设计方法技术

本申请属于飞机噪声控制领域，特别涉及一种涡扇发动机短舱吸声结构设计方法，包括如下步骤：步骤一、判断穿孔板或微穿孔板；步骤二、计算声阻抗率；步骤三、计算共振频率；步骤四、修正共振频率；步骤五、判断发动机噪声频率与共振频率的差值关系；步骤六、计算最大吸声系数；步骤七、修正最大吸声系数，判断是否满足要求；步骤八、进行变参计算；步骤九、构造优化函数优化分析；步骤十、得到最优吸声结构参数，用于吸声结构设计。本申请的涡扇发动机短舱吸声结构设计方法，分析步骤简洁，便于计算机自动化迭代计算，可以大幅提升工作效率，所设计得到的涡扇发动机短舱吸声结构，其形式简单，易于加工，且能够大幅度降低发动机噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种涡扇发动机短舱吸声结构设计方法
本申请属于飞机噪声控制领域，特别涉及一种涡扇发动机短舱吸声结构设计方法。
技术介绍
当前先进运输类飞机大多使用涡轮风扇发动机(简称涡扇发动机)，涡扇发动机噪声是飞机的主要噪声源之一。涡扇发动机噪声主要包括：风扇噪声、压气机噪声、涡轮燃烧室噪声和喷流噪声等，其中风扇噪声与压气机噪声主要通过短舱进气道向前方传播，并在飞机起飞阶段是影响环境的重要因素。针对此问题，中国民航适航标准CCAR-36部对起飞噪声进行专门的限定。所以通过分析发动机噪声传播的途径，可以看到，在短舱进气道内壁增加吸声结构，可以降低发动机向前传播的噪声。目前，穿孔板和微穿孔板吸声结构应用范围非常广泛，包括建筑、管道工程、工业设施、交通等等。但是上述应用绝大多数是在气流流速较低的条件下，流速一般不超过0.3Ma。但是，在高速流动条件下，特别对于高速飞行的飞机而言，为保证飞机安全性、环保性和经济性，基于穿孔吸声结构的进气道消声设计受以下条件限制：不产生流场畸变、不产生过大的流阻、保证发动机进气效率；不产生较大次生噪声；更重要的是在复杂流动环境下具有足够的吸声性能和足够宽的吸声频带等。
技术实现思路
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种涡扇发动机短舱穿孔板吸声结构设计方法。本申请公开了一种涡扇发动机短舱吸声结构设计方法，包括如下步骤：步骤一、根据如下条件判断吸声结构是穿孔板或微穿孔板：当k1d>10时，为穿孔板吸声结构；当1>k1d>10时，为微穿孔板吸声结构；其中，f是频率，ν是运动粘滞系数；步骤二、根据对应吸声结构的预设结构参数，计算对应吸声结构的声阻抗率；步骤三、根据对应吸声结构的预设结构参数，计算对应吸声结构的共振频率；步骤四、修正对应吸声结构的共振频率，得到对应吸声结构修正后的共振频率；步骤五、计算发动机噪声频率，判断发动机噪声频率与对应吸声结构修正后的共振频率的差值是否满足第一设定条件；满足则进行步骤六，否则，返回步骤一，调整对应吸声结构的预设结构参数；步骤六、根据对应吸声结构的共振频率，计算对应吸声结构的最大吸声系数；步骤七、修正对应吸声结构的最大吸声系数，得到对应吸声结构修正后的最大吸声系数，判断对应吸声结构修正后的最大吸声系数是否满足第二设定条件；满足则进行步骤八，否则，返回步骤一，调整对应吸声结构的预设结构参数；步骤八、保留本次对应吸声结构的预设结构参数，返回步骤一，进行变参计算，以分析对应吸声结构的性能；步骤九、构造优化函数，目标是使对应吸声结构的吸声系数最大；步骤十、根据优化计算结果，得到对应吸声结构的最优结构参数，并用于涡扇发动机短舱吸声结构设计。根据本申请的至少一个实施方式，当k1d>10，吸声结构为穿孔板吸声结构时，在所述步骤二中，声阻抗率Z通过如下关系式得到：z＝r+jχ；其中，r是相对声阻率：χ是相对声抗率：j表示虚部；ω是角频率，ω＝2πf；f是频率；c是音速；d是孔径；t是穿孔板厚度；D是穿孔板吸声结构空腔深度；p是穿孔率；v是气体粘性系数；δ是孔端修正系数；V0是孔中流速；Cd是孔的流量系数；K是常数。根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤三中，共振频率fr通过如下关系式得到：根据本申请的至少一个实施方式，当1>k1d>10，吸声结构为微穿孔板吸声结构时，在所述步骤二中，声阻抗率Z通过如下关系式得到：其中，r是相对声阻率：m是相对声质量：ω是角频率，ω＝2πf；f是频率；D是微穿孔板吸声结构空腔深度；c是音速；j表示虚部；d是孔径；t是微穿孔板厚度；p是穿孔率；Kr是声阻常数：Km是声抗常数：根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤三中，共振频率fr通过如下关系式得到：根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤四中，修正后的吸声系数f0：f0＝κfr，κ是修正系数，其中，所述步骤五中的第一设定条件为根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤七中，对最大吸声系数αmax进行修正，得到修正后的吸声系数α0：α0＝μαmax，μ是修正系数；其中，所述第二设定条件为α0≥0.7。根据本申请的至少一个实施方式，所述步骤九中的优化函数为：α0＝F(d,t,D)Max:α0根据本申请的至少一个实施方式，吸声结构的预设结构参数包括：孔径d、穿孔板厚度t、吸声结构空腔深度D和板的穿孔率p。本申请至少存在以下有益技术效果：本申请的涡扇发动机短舱吸声结构设计方法，分析步骤简洁，便于计算机自动化迭代计算，可以大幅提升工作效率，所设计得到的涡扇发动机短舱吸声结构，其形式简单，易于加工，且能够大幅度降低发动机噪声。附图说明图1是本申请的涡扇发动机短舱吸声结构设计方法的流程图。具体实施方式为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。下面结合附图1对本申请的涡扇发动机短舱吸声结构设计方法做进一步详细说明。本申请公开了一种涡扇发动机短舱吸声结构设计方法，包括如下步骤：步骤一、根据孔径和穿孔率判断是穿孔板或微穿孔板，具体的，是根据如下条件判断吸声结构是穿孔板或微穿孔板：当k1d>10时，为穿孔板吸声结构；当1>k1d>10时，为微穿孔板吸声结构；其中，f是频率，ν是运动粘滞系数。步骤二、根据对应吸声结构的预设结构参数，计算对应吸声结构的声阻抗率。其中，预设结构参数是结构主要参数，是可以根据对应吸声结构的形式来进行确定，本实施例中，优选包括：孔径d、穿孔板厚度t、吸声结构空腔深度D和板的穿孔率p：p＝Ahole/Aplate。第一种情况，当k1d>10，吸声结构为穿孔板吸声结构时，在本步骤二中，声阻抗率Z通过如下关系式得到：z＝r+jχ；其中，r是相对声阻率：χ是相对声抗率：j表示虚部；ω是角频率，ω＝2πf；f是频率；c是音速；d是孔径；t是穿孔板厚度；D是穿孔板吸声结构空腔深度；p是穿孔率；v是气体粘性系数；δ是孔端修正系数；V0是孔中流速；Cd是孔的流量系数；K是常数。需要说明的是，常数K的值可以根据需要进行适合的选取，本实施例中，优选常数K的理论值为0.43，另外，第二种情况，当k1d>10，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡扇发动机短舱吸声结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、根据如下条件判断吸声结构是穿孔板或微穿孔板：/n当k

【技术特征摘要】
1.一种涡扇发动机短舱吸声结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、根据如下条件判断吸声结构是穿孔板或微穿孔板：
当k1d>10时，为穿孔板吸声结构；
当1>k1d>10时，为微穿孔板吸声结构；
其中，f是频率，ν是运动粘滞系数；
步骤二、根据对应吸声结构的预设结构参数，计算对应吸声结构的声阻抗率；
步骤三、根据对应吸声结构的预设结构参数，计算对应吸声结构的共振频率；
步骤四、修正对应吸声结构的共振频率，得到对应吸声结构修正后的共振频率；
步骤五、计算发动机噪声频率，判断发动机噪声频率与对应吸声结构修正后的共振频率的差值是否满足第一设定条件；满足则进行步骤六，否则，返回步骤一，调整对应吸声结构的预设结构参数；
步骤六、根据对应吸声结构的共振频率，计算对应吸声结构的最大吸声系数；
步骤七、修正对应吸声结构的最大吸声系数，得到对应吸声结构修正后的最大吸声系数，判断对应吸声结构修正后的最大吸声系数是否满足第二设定条件；满足则进行步骤八，否则，返回步骤一，调整对应吸声结构的预设结构参数；
步骤八、保留本次对应吸声结构的预设结构参数，返回步骤一，进行变参计算，以分析对应吸声结构的性能；
步骤九、构造优化函数，目标是使对应吸声结构的吸声系数最大；
步骤十、根据优化计算结果，得到对应吸声结构的最优结构参数，并用于涡扇发动机短舱吸声结构设计。


2.根据权利要求1所述的涡扇发动机短舱吸声结构设计方法，其特征在于，当k1d>10，吸声结构为穿孔板吸声结构时，在所述步骤二中，声阻抗率Z通过如下关系式得到：
z＝r+jχ；
其中，r是相对声阻率：χ是相对声抗率：j表示虚部；ω是角频率，ω＝2πf；f是频率；c是音速；d是孔径；t是穿孔板厚度；D是穿孔板吸声结构空腔深度；p是穿孔率；v是气体粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：高飞，王美燕，顾金桃，肖乾，胡陈映，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61