Page 17 - 《应用声学》2022年第3期
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第 41 卷 第 3 期              宋晓等: 开孔结构流致噪声的数值模拟和机理分析                                           339


             很容易将其与空腔流致噪声相联系。考虑传声损失                            的工况,同时也可以根据飞机的典型飞行剖面,正向
             以及飞机内部噪声环境的影响,舱内测得的纯音噪                            设计开孔几何尺寸,避免飞行中发生流声共振现象。
             声幅值与空腔内的噪声源幅值有一定的差异,但频
                                                                    700
             率与空腔内的纯音频率一致。                                                 Rossiter I വগ
                                                                    600    Rossiter II വগ
                          ౏ื                                               ງएவՔ1᫽ܦവവগ
                                             ᓎܱ                     500    ᮻᛡតᰎϙ
                     ᗜᄕ
                                                                   f/Hz
                                             ᓎЯ                     400
                                                                    300
                           ቇᑿ
                                                                    200
                                                                    100

                                      ͜ܦ٨                             0
                                                                      0.2    0.3    0.4    0.5   0.6    0.7
                                                                                       Ma
                          图 6  某开孔结构示意图
                                                                         图 7  空腔纯音随马赫数变化规律
               Fig. 6 Schematic diagram for open-hole structure
                                                                  Fig. 7 Variation of dominant tone frequency with
                 将飞行高度26000 ft、飞行速度0.53 ∼ 0.66 Ma                 Mach number
             时的实测噪声频率与经验公式预测的频率值进行
                                                               3.2  开孔结构模型和计算状态
             对比分析。预测值根据式(3) 和式 (4) 计算获得。其
             中,空腔长度 L 取腔口的等效长度 L eff = 265 mm                      计算模型为简化的某开孔结构, 如图 8 所
             (空腔直径 D = 300 mm),α 和 K 参考 Rossiter 关             示。其中直径 D = 300 mm,管道的中心线长度
             于长深比为 1 的空腔的取值,α = 0.25,K = 0.61,                 H l = 447 mm,空腔内的 4 个监测点位于顺气流方
             深度取管道的中心线长度 H = 447 mm。当地声                        向的中心截面。图 9 为网格结构示意图,划分方法
                                                                                                  4
             速是飞行高度的单值函数,该飞行高度下的声速                             与标模算例相同,网格总数为 510 × 10 。流场计算
             c = 308 m/s。                                      域边界位于距空腔前缘 10倍空腔深度外,其中上游
                 图 7 为经验公式的预测值与实测数据的对比。                        边界距空腔前缘的距离参考开孔结构相对飞机机
             从图中可以看出,在 0.53 ∼ 0.66 Ma,空腔实测的                    头的位置。本文参考飞行包线的范围和可能出现流
             频率随马赫数的变化规律符合 Rossiter经验公式的                       声共振的工况,选取 26000 ft、0.43 Ma 工况进行仿
             预测结果,1阶频率与Rossiter I模态预测值相吻合,                     真计算。详细的计算状态见表1。
             2 阶频率与 Rossiter II 模态预测值相吻合。该马赫
                                                                                      z
             数范围内,空腔的自激振荡频率与空腔深度方向                                                         y
             的 1 阶驻波模态频率有一定差异,空腔只出现了自                                                       x
                                                                                          
             激振荡现象。随着马赫数的减小,Rossiter I 模态频
                                                                                      
             率将与空腔深度方向的 1 级驻波模态频率吻合,空
             腔内可能发生流声共振现象,纯音噪声幅值将被放
                                                                                      
             大。因此,当飞行高度为 26000 ft 时,某开孔结构在
             0.4 Ma附近可能发生较严重的空腔噪声问题。
                                                                              图 8  空腔几何模型
                 空腔的经验公式众多,但是任何一种公式都有
                                                                              Fig. 8 Model cavity
             具体的适用范围,也都离不开试验的验证                   [14] 。本文
             的分析表明,经典 Rossiter 公式可以准确地预测圆                                     表 1  数值计算参数
             形空腔自激振荡噪声。采用经典 Rossiter 公式预测                         Table  1    Parameters   for  numerical-

             时,L、α 和 K 参数的选取十分重要。对于本文提及                           simulation cases
             的圆形开孔结构,采用等效长度计算的结果与实验
                                                               马赫数 飞行高度/ft 来流压力/Pa 大气密度/(kg·m       −3 ) 温度/K
             值吻合较好。此外,Rossiter公式结合驻波模态计算
                                                                0.43   26000     36000        0.53       237
             公式可以识别出不同高度下空腔结构噪声较严酷
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