Page 16 - 《应用声学》2022年第3期

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一致，纯音频率与实验值吻合较好，纯音和宽频噪声 左右差异。在1000 Hz以上，本文的仿真结果随频率
的幅值略小于实验值。Coreixas 和 Chicheportiche 衰减过快。针对纯音峰值的计算，本文的仿真结果
分别采用格子玻尔兹曼方法 (Lattice Boltzmann 相比Coreixas [13] 的仿真结果与实验值更为接近。
method, LBM) 和直接数值模拟 (Direct numerical 本文采用的基于 S-A 一方程湍流模型的 DES
simulation, DNS) 对该空腔进行了仿真计算，其 方法可以准确地识别空腔纯音噪声，其中计算的局
中壁面压力脉动与实验同样有一定的差异 [13−15] 。 部压力脉动幅值与其他学者的计算结果基本一致。
在 20 ∼ 1000 Hz 的范围内，本文仿真结果与 Cor- 因此，该方法可以用于研究工程实际中的圆形空腔
eixas [13] 的仿真结果基本一致，与实验值有 10 dB 噪声问题。

160 160 160
వ஡͌ᄾ వ஡͌ᄾ వ஡͌ᄾ
140 ࠄᰎፇ౧ 140 ࠄᰎፇ౧ 140 ࠄᰎፇ౧
PSD/(dBSHz -1 ) 120 PSD/(dBSHz -1 ) 120 PSD/(dBSHz -1 ) 120

100
100
100
80
80
60 80 60
60
40 40 40
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
f/kHz f/kHz f/kHz
(a) 1Ղᄣ฾ག (b) 2Ղᄣ฾ག (c) 3Ղᄣ฾ག
图 5 空腔壁面压力脉动谱的仿真和实验对比 [13]
Fig. 5 Simulation and experimental comparison of cavity wall pressure spectrum [13]

2 经验公式预测 率与试验结果吻合较好 [1] 。总体来说，对于工程实

际中的圆形空腔自激振荡噪声问题，Rossiter 公式
关于空腔的自激振荡和声学驻波频率，可以采
仍不失为一种快速、准确的预测方法。
用半经验公式进行预测。其中自激振荡的频率主要
关于圆形深腔的声学驻波现象，通常发生在腔
取决于腔口的流场特性，随速度变化明显，与空腔深
体深度方向，理想边界条件下的空腔深度方向驻波
度无关，而声学驻波频率主要与腔体形状、壁面和
模态频率为
腔口的边界条件有关。
自 激 振 荡 的 纯 音 频 率 预 测 公 式 最 早 由 f = n s c/4H, (4)
Rossiter [3] 提出： 其中，n s 为深度方向驻波阶数，c 为当地声速，H 取

f = (n − α)/(M + 1/K) × v/L, (3) 空腔深度。
值得说明的是，半经验公式只能预测空腔各阶
其中，f 为空腔振荡频率；M 为来流马赫数；n 为自
噪声出现后的频率值，无法预测某阶频率的触发
激振荡模态阶数；L 为空腔的长度；v 为来流速度；α
条件。
和 K 为经验常数，α 与声波到达上游与随后的涡脱
落之间的时间滞后有关，K 为涡运流速度和自由流 3 开孔结构空腔噪声分析
速度的比值。Rossiter 的公式推导是基于矩形空腔，
而对于圆形空腔，前缘到后缘的流向长度不同，不同 3.1 开孔结构噪声频率分析
流向长度的流动参数也会有一定区别。因此，采用 某型飞机的环控排气管路为开孔结构，位于前
Rossiter 公式预测圆形空腔噪声更多是基于等效的 机身区域。在一定工况下，开孔结构附近的舱内传
思想。Czech用Rossiter公式预测波音777防冰孔噪 声器可以监测到纯音信号，如图 6 所示。飞行过程
√
声时，发现空腔长度取等效长度 L eff = πD/2(D 中，开孔结构附近的纯音信号主要在 150 ∼ 250 Hz
为圆形空腔直径) 时，预测的空腔自激振荡噪声频 和 500 ∼ 600 Hz 间，纯音的频率和飞行参数相关，