一种发动机风扇在管道内噪声源模型建立方法技术

本发明专利技术涉及一种发动机风扇在管道内噪声源模型建立方法，从测量数据中提取理论基础：发动机风扇在管道内的声音传播是以传播模态的形式，可通过模态求和的声音传播控制方程的解来表示，在圆柱坐标系中，控制方程在流道内部有效，并且要根据流道壁上的边界条件进行求解，对于刚性壁面，边界条件只是壁面上法向速度的消失；在理论基础上，将控制方程和边界条件转化为一个线性问题，用格林函数和源函数之间的卷积给出管道内流道中任何源分布的解；从解中获得噪声在流道中的源和噪声传播特性，用于建立发动机风扇在管道内噪声源模型。不仅用于飞机起飞和着陆时的噪声认证，而且还用于巡航条件下的内部噪声确认，以发展准确的预测方法和发展有效的降噪技术。法和发展有效的降噪技术。法和发展有效的降噪技术。

【技术实现步骤摘要】
一种发动机风扇在管道内噪声源模型建立方法


[0001]本专利技术涉及一种噪声处理技术，特别涉及一种发动机风扇在管道内噪声源模型建立方法。

技术介绍

[0002]航空发动机风扇噪声有其独特的方向性，风扇噪声通过其进口和风扇喷管部件向上游和下游方向辐射。这使得它成为巡航条件下飞机内部噪音的主要来源，辐射传播到机身上，在表面产生气动声学载荷，这些载荷或直接传输到短舱内，或耦合到机身结构上。飞机发动机风扇噪声的产生和传播与多种因素有关，产生的噪音是旋转的风扇叶片和静子,通过进气道和外涵道,然后辐射向远场，噪音会受到声衬的衰减，在到达远场之前，会受到来自机身的反射和衍射，包括机身和高升力系统。
[0003]由于涵道比增加降低了发动机喷管出口的射流速度，使得喷流噪声分量变小，降低了其在噪声分量中的相对重要性，因此进气前传风扇噪音和后传风扇噪音比以前显得更加重要，尤其是在巡航工况下，进气道前向传播噪声是飞机内部噪声的主要组成部分，直接影响飞机客舱环境。涵道比越大，发动机半径越大，缩短的短舱不可避免地减少了声衬处理的面积，降低了处理效率，因此，风扇噪声对先进的发动机来说就变得相对更为重要。在认识到这一特殊噪声成分的重要性时，包括在发动机舱内获得的数据的处理和分析，对其理解、预测的研究多年来一直是一个活跃的话题。

技术实现思路

[0004]针对发动机风扇在气道内传播复杂难确定的问题，提出了一种发动机风扇在管道内噪声源模型建立方法。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种发动机风扇在管道内噪声源模型建立方法，从测量数据中提取理论基础：发动机风扇在管道内的声音传播是以传播模态的形式，通过模态求和的声音传播控制方程的解来表示，在圆柱坐标系中，控制方程在流道内部有效，并且要根据流道壁上的边界条件进行求解，对于刚性壁面，边界条件只是壁面上法向速度的消失；
[0006]在理论基础上，将控制方程和边界条件转化为一个线性问题，用格林函数和源函数之间的卷积给出管道内流道中任何源分布的解；从解中获得噪声在流道中的源和噪声传播特性，用于建立发动机风扇在管道内噪声源模型。
[0007]进一步，所述源分布的解，对于流道中空间任意一个源，通过源在外壁向外传播，源在内壁向内传播将源分两个区域给出解；对于风扇转子和定子附近的区域，单一源为刚性圆形管道进行求解。
[0008]进一步，所述流道壁上的边界条件，对于在壁面上装有消声声衬，边界条件考虑声衬的阻抗，所述阻抗包括动态条件和运动条件，所述动态条件是声衬在声压下的响应，将声衬上的法向速度与壁上的流动压力相关联，所述运动条件将壁面描述为连续的并且没有流动分离。
[0009]进一步，所述格林函数是由相同的一组声波的速度势控制方程和边界条件定义，其中源分布Q在数学上由狄拉克三角函数表示的点源代替。
[0010]5、根据权利要求4所述发动机风扇在管道内噪声源模型建立方法，其特征在于，所述两个区域给出解为两个独立的贝塞尔函数的线性组合，线性组合中常数由壁的边界条件和源点的条件确定。
[0011]进一步，所述格林函数在周向模态和径向模态下的模态求和形式的解，包括径向模态阶次n的求和涉及源两侧每一组波的径向和轴向波数的不同集合。
[0012]本专利技术的有益效果在于：本专利技术发动机风扇在管道内噪声源模型建立方法，确定管道内噪声源模型，用于确定发动机风扇源机制和噪声传播特性，以发展准确的预测方法和发展有效的降噪技术。
附图说明
[0013]图1为几何和坐标系示意图；
[0014]图2为本专利技术波数积分的轮廓图；
[0015]图3为本专利技术波传播的相速度图；
[0016]图4为本专利技术无声衬板的刚性管道m＝n＝0的模态形状函数图；
[0017]图5为本专利技术管道横截面中的圆形管道的模态形状图；
[0018]图6为本专利技术圆形管道在轴向平面中的模态形状图；
[0019]图7为本专利技术管道表面螺旋波模态中的模态形状图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0021]依据进气道前向传播噪声是飞机内部噪声的主要组成部分，从测量数据中提取理论基础：发动机风扇在管道内的声音传播是以传播模态的形式，可以通过模态求和的声音传播控制方程的解来表示。在圆柱坐标系中，控制方程在流道内部有效，并且要根据流道壁上的边界条件进行求解，对于刚性壁面，边界条件只是壁面上法向速度的消失。
[0022]在理论基础上，将控制方程和边界条件被转化为一个线性问题，用格林函数和源函数之间的卷积就能给出管道内流道中任何源分布的解；对于流道中空间任意一个源，通过源在外壁向外传播，源在内壁向内传播将源分两个区域给出解；对于风扇转子和定子附近的区域，单一源为刚性圆形管道进行求解从解中获得噪声在流道中的源和噪声传播特性，用于建立发动机风扇在管道内噪声源模型。
[0023]1、声音传播控制方程：
[0024]从测量数据中提取模态的可行性是由于在流道中的声音传播是以传播模态的形式。在数学上，这可以通过模态求和的声音传播控制方程的解来表示。
[0025]流道中的声音传播受均匀平均流的对流波方程和非均匀流的线性欧拉方程控制。为了介绍数据分析方法，就速度势φ而言，以对流波方程为起点就足够了。
[0026][0027]其中，c0表示恒定声速；M为马赫数；
▽2表示拉普拉斯算子；Q表示源项；其中，时间用t表示，空间坐标用坐标矢量X表示。根据流道的几何形状，使用圆柱坐标系(x，r，)，以便圆柱坐标系中x轴与圆柱管道轴重合，非常方便表示坐标向量
[0028][0029]管道的几何形状和坐标系如图1所示，其中管道显示为环形管道，其中r
a
和r
b
分别为外半径和内半径。圆形管道的情况可以简单地视为r
b
＝0的情况。
[0030]在控制方程(1)中，c0表示恒定声速，其本身由平均流量定义为
[0031][0032]符号γ0表示气体常数，对大多数气体通常被认为是1.4。p0和ρ0分别为平均压力和密度。平均流量的特征在于其马赫数M，它与轴向的流量平均速度U0和声速有关，
[0033]M＝U0/c0ꢀꢀꢀ
(4)
[0034]等式(1)的右侧是源项Q，它表示产生噪声的源机制。控制方程(1)的量是速度势φ，它与声压p的总导数有关
[0035][0036]并通过梯度
▽
与声速u有关，即
[0037]u＝
▽
φ
ꢀꢀꢀ
(6)
[0038]在圆柱坐标系中，拉普拉斯算子(微分算子,定义为梯度的散度)为：
[0039][0040]使控制方程变为：
[0041][0042]其中β表示为：
[0043]β2＝1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机风扇在管道内噪声源模型建立方法，其特征在于，从测量数据中提取理论基础：发动机风扇在管道内的声音传播是以传播模态的形式，通过模态求和的声音传播控制方程的解来表示，在圆柱坐标系中，控制方程在流道内部有效，并且要根据流道壁上的边界条件进行求解，对于刚性壁面，边界条件只是壁面上法向速度的消失；在理论基础上，将控制方程和边界条件转化为一个线性问题，用格林函数和源函数之间的卷积给出管道内流道中任何源分布的解；从解中获得噪声在流道中的源和噪声传播特性，用于建立发动机风扇在管道内噪声源模型。2.根据权利要求1所述发动机风扇在管道内噪声源模型建立方法，其特征在于，所述源分布的解，对于流道中空间任意一个源，通过源在外壁向外传播，源在内壁向内传播将源分两个区域给出解；对于风扇转子和定子附近的区域，单一源为刚性圆形管道进行求解。3.根据权利要求1或2所述发动机风扇在管道内噪声源模型建立方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王普勇，张志刚，
申请(专利权)人：上海索辰信息科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：