Page 117 - 《应用声学》2020年第1期

第 39 卷 第 1 期 雷红胜等： 中压气源亚/跨音速射流噪声试验台设计 113

低，测得的噪声归一化频谱不符合频谱的自相似性；
0 引言 尺寸太大，供气需求过高，远场测量亦有一定限制。

该试验台以0.05 m为典型喷口尺寸进行设计。
射流噪声是一类典型的气动噪声源，是气动声
供气压力和流量：该指标为试验台供气设计的
学领域的一个非常重要的研究方向 [1] 。射流噪声
依据。在流速已定的情况下，根据式 (1) 和式 (2) 计
问题涉及到航空动力、汽车排气、风机、阀门、空
算可得压力为7.7 kPa ∼ 400 kPa(表压，下同)。
调、管道等诸多生产和生活领域。国内外学者在理
√
论、数值模拟、实验研究以及噪声控制等方面开展 2 × (P /P) k−1 ]
[
∗
k − 1
Ma = , (1)
了大量的工作，取得了一定的进展 [2] ，并应用于实 k − 1
√
际工程中，比如七八十年代关于喷注噪声的研究和 V j = Ma × kRT, (2)
应用 [3−7] 。其中理论和数值工作可以为射流噪声
其中：P 和 P 分别为测量段测得的总压和环境静
∗
预测提供指导，但还需要实验环节来进行验证，因
压，单位为 Pa；R 为气体常数，对于空气，取值为
此需要建立相应的射流系统。这方面国外起步较
287.06 J/(kg·K)；k 比热比，对于空气取 1.4；Ma 为
早，如 NASA、GE 公司以及 Boeing 公司等，建立了
马赫数。
成套的专用设备 [8−10] 。而国内在部分高校实验室，
考虑到管道一定的压力损失和一定的设计
如北京航空航天大学、西北工业大学、华中科技大
冗余，将测量段前的供气压力选定为 7.7 kPa ∼
学建立了研究型射流试验装置等，开展了相应的研
500 kPa，同时以喷口尺寸直径为 0.05 m 为典型尺
究 [11−13] 。
寸，以 400 kPa 测量段为流量计算最大总压，根据
随着射流噪声试验精准度需求的增加，射流
式 (3) 计算，可得最大气体质量流量为 2.3 kg/s。考
噪声试验台应该建立在具有较为严格的消声环境
虑到一定的冗余，按 2.5 kg/s 进行阀门设计选型。
中。中国空气动力研究与发展中心于 2013 年建设
最低质量流量根据公式 (4) 按 100 m/s 初步估算为
了10.8 m×8.4 m×7 m (L × W × H)声学校准用全
0.24 kg/s。
消声室，本底噪声 7 dB(A)，在此基础上配套射流噪
∗
0.04042 × A × P ∗
声试验台，研究射流气动噪声的产生机理及降噪方 Q = √ , (3)
T
法，将为发动机喷管降噪以及部分工业降噪等提供 π
2
Q = ρ · D V, (4)
一定指导。本文着重介绍了试验台设计情况，并对 4
试验结果进行了介绍。 其中：Q 为质量流量，单位为 kg/s；A 为喷口面积，
∗
2
单位为 m ；T 为气体温度，以 25 C 计算；ρ 为空气
◦
1 设计目标 密度，可取为 1.225 kg/m ；D 为喷口直径，单位为
3
m；V 为气流速度，单位为m/s。
本试验台主要模拟航空发动机亚音速尾喷流
另外考虑到射流噪声声能与速度八次方线性
噪声，其是航空发动机的最主要噪声来源之一。考
相关，因此对供气压力的控制精度提出了较高的
虑到消声室为不通风驻室，如模拟高温射流，高温气
要求，本项目供气压力控制精度定为目标压力的
体无法及时排除，因此本射流噪声研究装置只模拟
0.5%。
冷喷流情况下的射流噪声。文献 [14–16] 给出了温
上述供气指标在满足航发尾喷噪声研究的基
度和尺度对射流噪声影响的相似参数。在射流噪声
础上，亦可为阀门等常规工业领域提供降噪研究
的产生机理和降噪措施评估中，采用冷射流装置开
支撑。
展噪声研究，也是具有较大指导意义的。设计目标
主要考虑以下几个环节。 2 试验台设计
流速：本试验台主要模拟航空发动机尾喷流的
压力比和速度，模拟的速度范围为100 ∼ 560 m/s。 2.1 试验台总体设计方案
喷口尺寸：结合消声室尺寸以及远场噪声测量 射流供气系统一般有两种方案：一是通过鼓风
需要，喷口尺寸选为 0.05 ∼ 0.1 m。尺寸太小，Re过 机调速，实现供气的不同需求，但常规鼓风机压力达