一种基于缩比模型的发动机喷管声振响应预测方法技术

本发明专利技术公开的一种基于缩比模型的发动机喷管声振响应预测方法，属于发动机喷管噪声声振响应预测领域。本发明专利技术通过建立喷管缩比模型，同时结合结构尺寸缩比和将声源视作两个独立的噪声进行缩比的方法，进行缩比模型的有限元仿真，能够准确通过喷管缩比模型预测原尺寸发动机的模态、特征频率、声振响应；能够与实际工况相结合进行预测，进一步降低噪声试验对试验室条件的依赖，并能提高对实际噪声环境的模拟真实性。本发明专利技术采用一个简单的缩比因子作为缩比模型与原尺寸模型的连接桥梁，同时建立只含有缩比因子的模态、特征频率、声振响应的简单缩比关系式，将复杂的声振预测简单化，进一步提高试验室预测噪声试验的准确性。步提高试验室预测噪声试验的准确性。步提高试验室预测噪声试验的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于缩比模型的发动机喷管声振响应预测方法


[0001]本专利技术属于发动机喷管噪声声振响应预测领域，涉及一种基于缩比模型的发动机喷管声振响应预测方法
。

技术介绍

[0002]新一代航空飞行器发展十分迅速，高超声速飞行器是新一代的代表之一，具有高机动性
、
远距离精准打击等特点
。
但其的飞行服役环境极其苛刻，产生的高强度噪声，局部区域超过了
180dB。
飞机发动机噪声是飞机噪声中的主要成分之一，解决其发动机喷管降噪问题成了迫在眉睫的研究，十分有必要
。
喷流噪声是航天飞行器声学和结构安全设计要考虑的重要方面，高速气流引起的强噪声在一定程度上会严重危害航空飞行器喷管的结构安全和设备可靠性
。
尤其对于混排发动机，其优良的性能也是强喷流噪声产生的重要诱因
。
开展航发发动机喷流结构声振力学响应研究也是航空发动机研制的基本要求
。
[0003]然而，从国内外的研究现状分析，虽然国际知名研究团队和国内著名研究机构在流致振或声致振方面的研究成果突出，但针对壁面噪声载荷空间相关与结构耦合作用规律的研究工作并不多见
。
基于混响室
/
行波管的噪声试验技术也只能模拟等效声压级，并不能模拟流致壁面噪声载荷的空间相关性，并不能解决流动空间相关致振的关键问题
。
为了满足未来航空航天飞行器结构轻量化
、
可重复使用等设计需求，进一步提高流
/
声致振动预测及结构设计精度，分别针对平板结构和旋成体结构发展了缩比模型声致振动响应的等效准则及预示方法
。
但是该相似律更多偏重于流致振动相似特性，为了解决航空发动机喷流噪声致振的预测问题，还需要对原有相似律理论进行进一步的完善和改进
。

技术实现思路

[0004]现有的声振响应预示方法主要通过结构尺寸角度去等效，进而去降低噪声试验对实验室条件的依赖
。
这种等效只解决了空间尺寸等效问题，具有一定的局限性，并不完全适合行波管
、
混响室等试验室条件下的噪声试验
。
本专利技术的目的是提供一种基于缩比模型的发动机喷管声振响应预测方法，考虑发动机结构和噪声声源对喷管动响应等效的影响，将结构尺寸缩比的同时声源视作两个独立的噪声分量进行缩比，引入只含有缩比因子的简单缩比形式，将缩比模型与实际模型的复杂等效关系简单化，通过缩比模型准确预测原模型的动响应大小，进一步降低噪声试验对试验室条件的依赖，并能提高对实际噪声环境的模拟真实性和精度
。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：本专利技术公开的一种基于缩比模型的发动机喷管声振响应预测方法，包括如下步骤：步骤一
、
根据发动机实际尺寸大小和发动机喷管大小确定模型缩比因子为
。
建立发动机缩比模型，把喷管模型的几何尺寸等效为：直径，厚度，长度，得到喷管缩比模型
。
其中
“¯”
表示的是缩比模型相关参数
。
[0006]步骤二
、
亚音速喷流湍流混合噪声谱由独立的大湍流结构噪声和细尺度湍流噪声组成：
[0007]其中，为频率，为完全膨胀的射流直径；为大湍流结构的独立噪声相似谱，为细尺度湍流的独立噪声相似谱，为大湍流结构噪声的特征频率
、
为细尺度湍流噪声的特征频率，
、
已经归一化处理，即；为大湍流结构的独立噪声相似谱的振幅，为细尺度湍流的独立噪声相似谱的振幅；为从喷嘴出口测量的径向距离
。
[0008][0008]为喷管出口截面直径；和分别为喷管设计马赫数和全膨胀射流马赫数；为常数
。
[0009]对喷流噪声的相关重要参数进行声振缩比，得： 和
、
和都与喷射操作函数有关，与所选的射流声波有关，不受缩比影响，即
[0010]为缩比模型的大湍流结构的独立噪声相似谱的振幅，为缩比模型的细尺度湍流的独立噪声相似谱的振幅，为缩比模型的大湍流结构噪声的特征频率，为缩比模型的细尺度湍流噪声的特征频率
。。
为缩比模型的喷管出口截面直径，为缩比模型的完全膨胀的射流直径
。
[0011]为缩比模型的喷嘴出口测量的径向距离
。
[0012]和是经验总结函数，不受缩比影响
。
结合公式
(1)(2)(3)(4)(5)
，将亚音速喷流湍流混合噪声谱等效为：
[0013]表示缩比模型的亚音速喷流湍流混合噪声谱
。
[0014]步骤三
、
基于步骤一
、
二的缩比方法，进行缩比模型与全尺寸模型之间动力学特性等效； 包括步骤 3.1 至 3.3 三个子步骤
。
[0015]步骤 3.1、
对结构尺寸进行缩比，得出关于结构振型原尺寸模型与缩比模型之间
的缩比关系： [0016]其中，表示原尺寸模型的无量纲模态振型，表示缩比模型的无量纲模态振型，表示相关点的任意位置坐标
。
[0017]步骤 3.2 、
结构的特征频率也通过对结构尺寸进行缩比，得到原尺寸模型与缩比模型之间只含有缩比因子的缩比关系：
[0018]为材料的弹性模量，，由本身的材料属性决定；是缩比模型的材料参数；表示原尺寸模型的密度，表示缩比模型的密度；表示原尺寸模型的泊松比，表示缩比模型的泊松比；为材料缩比参数；为原尺寸模型的特征频率，为缩比模型的特征频率；若原尺寸模型和缩比模型采用同样的材料，则，由此得出
。
[0019]步骤 3.3、 根据公式
(6)(7)
，构建原尺寸模型与缩比模型结构的位移响应功率谱密度缩比关系：密度缩比关系：其中，表示原尺寸模型的阻抗，表示缩比模型的阻抗；表示原尺寸模型的模态因子，表示缩比模型的模态因子
。
表示原尺寸模型的位移响应功率谱密度，表示缩比模型的位移响应功率谱密度；
、
为原尺寸模型和缩比模型的频率
。
[0020]步骤四
、
采用有限元方法计算预测结构的声振响应，以步骤一的喷管缩比模型与原尺寸模型建立有限元几何模型，同时输入材料参数与缩比因子大小，并根据实际工况添加简支支撑边界条件和公式
(6)
的缩比声源，对照基于式
(7)(8)(9)
的预测结果，以缩比模型预测原尺寸模型的声振响应仿真分析，得到声振响应和模态预测结果，即实现同时考虑结构尺寸缩比与声源缩比的喷管声振响应预测
。
[0021]有益效果
[0022]1、
本专利技术公开的一种基于缩比模型的发动机喷管声振响应预测方法，通过建立喷管缩比模型，同时结合结构尺寸缩比和将声源视作两个独立的噪声进行缩比的方法，进行缩比模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于缩比模型的发动机喷管声振响应预测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一
、
根据发动机实际尺寸大小和发动机喷管大小确定模型缩比因子为；建立发动机缩比模型，把喷管模型的几何尺寸等效为：直径，厚度，长度，得到喷管缩比模型；其中
“¯”
表示的是缩比模型相关参数；步骤二
、
亚音速喷流湍流混合噪声谱由独立的大湍流结构噪声和细尺度湍流噪声组成：其中，为频率，为完全膨胀的射流直径；为大湍流结构的独立噪声相似谱，为细尺度湍流的独立噪声相似谱，为大湍流结构噪声的特征频率
、
为细尺度湍流噪声的特征频率，
、
已经归一化处理，即；为大湍流结构的独立噪声相似谱的振幅，为细尺度湍流的独立噪声相似谱的振幅；为从喷嘴出口测量的径向距离；离；为喷管出口截面直径；和分别为喷管设计马赫数和全膨胀射流马赫数；为常数；对喷流噪声的相关重要参数进行声振缩比，得：和
、
和都与喷射操作函数有关，与所选的射流声波有关，不受缩比影响，即关，与所选的射流声波有关，不受缩比影响，即为缩比模型的大湍流结构的独立噪声相似谱的振幅，为缩比模型的细尺度湍流的独立噪声相似谱的振幅，为缩比模型的大湍流结构噪声的特征频率，为缩比模型的细尺度湍流噪声的特征频率；尺度湍流噪声的特征频率；为缩比模型的喷管出口截面直径，为缩比模型的完全膨胀的射流直径；为缩比模型的喷嘴出口测量的径向距离；型的喷嘴出口测量的径向距离；和是经验总结函数；结合公式
(1)(2)(3)(4)(5)
，将亚音速喷流湍流混合噪声谱等效为：等效为：表示缩比模型的亚音速喷流湍流混合噪声谱；步骤三
、
基于步骤 1、2 的缩比方法，进行缩比模型与全尺寸模型之间动力学特性等效；包括步骤
3.1
至
3.3
三个子步骤；步骤
3.1、
对结构尺寸进行缩比，得出关于结构振型原尺寸模型与缩比模型之间的缩比关系；步骤
3.2 、
结构的特征频率也通过对结构尺寸进行缩比，得到原尺寸模型与缩比模型之间只含有缩比因...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小见，杨烨箫，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：