一种风扇激波相关噪声的快速评估方法技术

本申请属于航空发动机噪声预测与控制领域，特别涉及一种风扇激波相关噪声的快速评估方法，步骤S1：获取风扇气动设计结果的气动参数和几何参数；步骤S2：调用激波模型，基于所述气动参数和所述几何参数，计算由激波引起的压力变化；步骤S3：调用激波噪声传播模型，基于所述气动参数和所述几何参数，计算激波相关噪声沿程的传播。本申请的计算量小，耗时短，可在风扇气动方案设计阶段对激波相关的噪声强度进行快速评估，优化设计参数，使设计的风扇具有较低的噪声水平。较低的噪声水平。较低的噪声水平。

【技术实现步骤摘要】
一种风扇激波相关噪声的快速评估方法


[0001]本申请属于航空发动机噪声预测与控制领域，特别涉及一种风扇激波相关噪声的快速评估方法。

技术介绍

[0002]随着民用涡扇发动机涵道比不断增大，喷流噪声大幅降低，风扇噪声所占的比重增大，在发动机起飞工况时，风扇激波相关噪声在总噪声中最为突出，因此，针对激波相关噪声的评估就显得尤为重要，且仍是民用航空重要的关注内容。
[0003]现有与风扇激波相关的噪声预测方法有基于弱激波理论的解析方法和基于计算流体力学(CFD)的数值方法。在解析方法方面，Fisher等人(Fisher M.J.，Tester B.J.，Schwaller P J G.Supersonic fan tone noise prediction[R].AIAA
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98
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2249.)从弱激波的黎曼方程出发，提出了激波在硬壁管道中传播的时域计算方法(Time Domain Numerical Solution，TDNS)。随后McAlpine和Fisher(McAlpine A.,Fisher M.J.,On the prediction of“Buzz
‑
saw”noise in aero
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engine inlet ducts[J],Journal of Sound and Vibration,248(1)(2001):123
‑
149.)又提出了可以考虑声衬等软壁面影响的频域计算方法(Frequency Domain Numerical Solution，FDNS)。在数值方法方面，Rolls
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Royce公司和Boeing公司联合发展了一套完整的CFD
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CAA混合方法(Coupland J，etc.Demonstration of a CFD
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CAA Methodology to predict Buzz
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saw Noise Propagation to the Aircraft[R].AIAA
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98
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2249.)来预测发动机风扇的激波噪声。
[0004]现有激波相关噪声的评估存在以不足之处：1、在解析方法方面，无论是TDNS还是FDNS方法，都需要给定初始激波强度，并且只对噪声传播过程进行了预测，不能对激波相关噪声的声源强度进行评估，而且不能考虑风扇叶片掠型的影响。
[0005]2、数值方法虽然能获得激波相关噪声的声源信息，但由于耗费的计算量大，时间周期长，不利于在风扇气动方案设计阶段开展激波相关噪声的评估。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本申请提供了一种风扇激波相关噪声的快速评估方法，包括：
[0007]步骤S1：获取风扇气动设计结果的气动参数和几何参数；
[0008]步骤S2：调用激波模型，基于所述气动参数和所述几何参数，计算由激波引起的压力变化；
[0009]步骤S3：调用激波噪声传播模型，基于所述气动参数和所述几何参数，计算激波相关噪声沿程的传播。
[0010]优选的是，在步骤S2之前对所述几何参数进行坐标转换，对所述气动参数进行修正。
[0011]优选的是，修正所述气动参数包括使用掠型角修正叶型进口相对马赫数，修正后的进口相对马赫数为初始进口相对马赫数乘以掠型角的余弦值。
[0012]优选的是，对所述几何参数进行坐标转换包括将流线面叶型数据转换为R
‑
θ坐标叶型数据。
[0013]优选的是，气动参数包括：进口气流角β1和相对马赫数M1；几何参数包括叶片造型设计生成的流线面叶型坐标；掠型角λ。
[0014]优选的是，所述激波模型包括正激波模型、单激波模型或双激波模型。
[0015]优选的是，通过所述双激波模型计算由激波引起的压力变化的计算方法为：
[0016][0017]其中，ψ
S
为脱体激波的平均马赫角，所述平均马赫角为波后声速线与脱体激波交点处的马赫角；γ为比热比，M
1S
为叶型前来流马赫数M1和B点马赫数M
B
的平均值，B点的马赫数可由来流马赫数M1和叶型前缘点到B点的转折角μ
B
迭代求解Prandtl
‑
Meyer公式确定；B点为叶型前缘点垂直轨道中心流线落在相邻叶片上的点；
[0018]经过激波后的静压比P2/P1，P1为激波前静压，P2为激波后静压：
[0019][0020]其中法向马赫数M
1s,norm
＝M
1s
sinψ
S
。
[0021]优选的是，计算激波相关噪声沿程的传播的计算公式包括：
[0022][0023]其中p0为参考压力，T为“飞行时间”，τ为叶型稠度，λ为声波波长，c0为声速，t为传播时间，z为传播的轴向距离，M
z
为气流轴向马赫数，其中T的计算式为：
[0024][0025]其中，α为激波与叶片中线在叶型前缘处切线的夹角。β1为M1与M
z
的矢量角。
[0026]本申请的计算量小，耗时短，可在风扇气动方案设计阶段对激波相关的噪声强度进行快速评估，优化设计参数，使设计的风扇具有较低的噪声水平。
附图说明
[0027]图1双激波模型示意图。
[0028]图2激波传播模型示意图。
[0029]图3为本专利技术计算得到的风扇前的噪声声压级实施例，图中还给出了使用CFD数值方法的评估结果。
具体实施方式
[0030]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方式中的附图，对本申请实施方式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。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，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方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
[0031]本专利技术的基本原理是根据风扇/压气机气动设计时通流计算与叶片造型设计的结果，采用二维正问题研究过程中形成的激波模型，计算经过激波时的压力变化，然后采用激波传播的解析模型，计算噪声沿程的传播，从而在气动方案设计过程中便可快速完成激波相关噪声的评估。
[0032]本专利技术提供一种适用于风扇气动方案设计阶段的激波相关噪声的快速评估方法，主要包括以下步骤：
[0033]本申请提供了一种风扇激波相关噪声的快速评估方法，包括：
[0034]步骤S1：获取风扇气动设计结果的气动参数和几何参数；读入的数据来源于风扇气动设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风扇激波相关噪声的快速评估方法，其特征在于，包括：步骤S1：获取风扇气动设计结果的气动参数和几何参数；步骤S2：调用激波模型，基于所述气动参数和所述几何参数，计算由激波引起的压力变化；步骤S3：调用激波噪声传播模型，基于所述气动参数和所述几何参数，计算激波相关噪声沿程的传播。2.如权利要求1所述的风扇激波相关噪声的快速评估方法，其特征在于，在步骤S2之前对所述几何参数进行坐标转换，对所述气动参数进行修正。3.如权利要求2所述的风扇激波相关噪声的快速评估方法，其特征在于，修正所述气动参数包括使用掠型角修正叶型进口相对马赫数，修正后的进口相对马赫数为初始进口相对马赫数乘以掠型角的余弦值。4.如权利要求1所述的风扇激波相关噪声的快速评估方法，其特征在于，对所述几何参数进行坐标转换包括将流线面叶型数据转换为R
‑
θ坐标叶型数据。5.如权利要求1所述的风扇激波相关噪声的快速评估方法，其特征在于，气动参数包括：进口气流角β1和相对马赫数M1；几何参数包括叶片造型设计生成的流线面叶型坐标；掠型角λ。6.如权利要求1所述的风扇激波相关噪声的快速评估方法，其特征在于，所述激波模型包括正激波模型、单激波模型或双激波模型。7.如权利要求6所述的风扇激波相关噪声的快速评估方法，其特征在于，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋永松，李聪，郑文涛，孟德君，刘太秋，潘若痴，赵勇，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：