31旋翼气动噪声及声压梯度计算方法研究-樊枫(7)

飞行器气动噪声的减小技术研究在现代航空航天领域，飞行器的气动噪声问题一直备受关注。

随着飞行器速度的不断提高和人们对乘坐舒适性要求的日益增加，降低气动噪声已经成为飞行器设计中一个至关重要的环节。

气动噪声不仅会影响飞行器的性能和安全性，还会对周围环境产生噪音污染。

因此，研究飞行器气动噪声的减小技术具有重要的现实意义。

一、飞行器气动噪声的产生机理要有效地减小飞行器的气动噪声，首先需要了解其产生的机理。

飞行器在飞行过程中，周围的气流与飞行器表面相互作用，产生了复杂的流动现象，从而导致了气动噪声的产生。

1、湍流边界层噪声当气流流过飞行器表面时，会形成一层边界层。

在某些情况下，边界层会从层流转变为湍流。

湍流的不规则运动产生了压力脉动，进而形成噪声。

2、分离流噪声当气流在飞行器表面发生分离时，会形成分离区。

分离区内的气流不稳定，产生强烈的压力波动，导致噪声的产生。

3、尾流噪声飞行器的尾流中存在着复杂的涡旋结构，这些涡旋的相互作用和演化会产生噪声。

4、激波噪声在高速飞行时，飞行器周围可能会产生激波。

激波与周围气流的相互作用会产生强烈的噪声。

二、飞行器气动噪声减小技术1、外形优化设计通过对飞行器外形的优化设计，可以有效地降低气动噪声。

例如，采用流线型的外形可以减少气流的分离和湍流的产生，从而降低噪声。

对于机翼，可以采用后掠翼、大展弦比翼等设计，以减少翼尖涡的产生和发展。

此外，对飞行器表面进行光滑处理，减少凸起和凹陷等不连续结构，也有助于降低噪声。

2、声学衬垫技术在飞行器的发动机短舱、进气道等部位安装声学衬垫是一种常见的降噪方法。

声学衬垫通常由多孔材料制成，能够吸收声波的能量，从而降低噪声的传播。

声学衬垫的设计需要考虑材料的声学性能、厚度、孔隙率等因素，以达到最佳的降噪效果。

3、主动控制技术主动控制技术是通过对气流的主动干预来降低气动噪声。

例如，采用等离子体激励器可以改变气流的流动状态，抑制湍流的发展，从而降低噪声。

航空发动机气动噪声的控制与降噪技术研究随着航空业的发展和进步，航空发动机的噪声问题也成为了一项非常重要的研究课题。

气动噪声是航空发动机噪声的主要来源之一，如何控制和降低气动噪声，成为了航空工业中的一项核心技术。

首先，我们需要了解什么是气动噪声。

你是否在飞行中听到过发动机发出的嗡嗡声？这就是气动噪声。

航空发动机在飞行过程中，空气流经叶片和各种奇怪的通道时会发出震荡声波，形成气动噪声。

这种噪声会对机场周边环境和飞行员的身体健康造成不良影响，因此减少气动噪声是一项必不可少的任务。

在研究气动噪声控制和降噪技术之前，我们需要了解气动噪声产生的机理和特点。

气动噪声的产生机理复杂，常见的噪声来源包括裂缝流、湍流剪切层、压缩波、旋涡等。

气动噪声的特点是频率低、能量大、传播距离远。

因此，研究气动噪声控制和降噪技术需要采用一系列有效的措施。

第一种控制气动噪声的技术是在航空发动机设计中引入气动噪声降噪理论。

通过对气动噪声发布的特点和机理的深入研究，设计师可以在飞机发动机的设计中采取一系列降噪措施。

比如在叶片的设计中采用减少边角损失的技术，有助于减少紊流的临界剪切速度；通过改变机体外部的流场分布来减少气动噪声的产生；在设计进气道时，可以采用冷气阻止器和奇点切除策略等技术来降低进气噪声。

第二种降低气动噪声的技术是通过航空发动机的运行控制来实现。

在发动机运行过程中，可以利用发动机喷油系统，控制燃烧过程，降低发动机噪声；另外，航空公司可以根据领风跑道、跑道长度、起飞重量等因素确定起降程序，从而降低航空发动机噪声的产生。

第三种技术是通过采用降噪工程学方法来实现气动噪声的控制和降低。

降噪工程学的核心思路是，在气动噪声主要产生的区域内放置噪声源，借助波源和反射波的相互抵消来完成降噪。

这种技术的优点是可以克服传统被动降噪技术的局限性，如必须在气动噪声产生问题之前提前考虑降低问题的解决方法，此外，借助降噪工程学进行气动噪声控制降噪还可以实现逆向均匀噪声的发生，从一定程度上南偏西藏噪声的可视效果。

飞行器气动噪声的测量与控制技术的研究探讨在现代航空航天领域，飞行器的气动噪声问题日益受到关注。

随着飞行器速度的不断提高和人们对乘坐舒适性要求的增加，降低气动噪声已经成为飞行器设计和研发过程中的一个重要任务。

气动噪声不仅会影响飞行器的性能和可靠性，还会对周围环境和乘客造成不良影响。

因此，对飞行器气动噪声的测量与控制技术进行深入研究具有重要的理论意义和实际应用价值。

一、飞行器气动噪声的产生机理要有效地测量和控制飞行器气动噪声，首先需要了解其产生的机理。

飞行器在飞行过程中，空气与飞行器表面相互作用，产生了复杂的流动现象，如湍流、分离流和激波等。

这些流动现象会导致压力的脉动和速度的波动，从而产生噪声。

湍流是飞行器气动噪声的主要来源之一。

当气流在飞行器表面形成湍流时，湍流中的小尺度涡旋会不断地产生、发展和破裂，从而引起压力和速度的快速变化，产生高频噪声。

分离流则通常出现在飞行器的机翼、机身等部位，当气流在这些部位发生分离时，会形成不稳定的流动结构，产生低频噪声。

激波则是当飞行器飞行速度超过音速时产生的，激波的形成和传播也会产生强烈的噪声。

二、飞行器气动噪声的测量技术准确测量飞行器气动噪声对于评估飞行器的声学性能、优化设计以及验证降噪措施的有效性至关重要。

目前，常用的飞行器气动噪声测量技术包括声学测量和流场测量两大类。

声学测量是直接测量噪声的声压、声强和声功率等参数。

常用的声学测量设备有传声器、声强探头和声功率计等。

在飞行器飞行试验中，可以在地面布置多个传声器阵列，或者在飞行器上安装传声器，来测量飞行器在不同飞行状态下的噪声。

此外，声学风洞试验也是一种常用的声学测量方法，通过在风洞中模拟飞行器的飞行环境，测量飞行器模型产生的噪声。

流场测量则是通过测量飞行器周围的流场参数，如速度、压力和温度等，来间接推断噪声的产生和传播机制。

常用的流场测量技术有粒子图像测速（PIV）、激光多普勒测速（LDV）和压力传感器测量等。

气动噪声数值计算方法的比较与应用气动噪声是指由空气流动引起的噪声，广泛存在于飞机、汽车、风力发电等工程环境中，对人们的工作和生活带来了不舒适和危害。

因此，研究气动噪声数值计算方法及其应用具有重要的理论和实践意义。

本文将对气动噪声数值计算方法进行比较，并介绍其在工程中的应用。

气动噪声数值计算方法主要有两类：基于声源和基于传播路径的方法。

基于声源的计算方法通过模拟气动噪声产生的源头，进而计算噪声传播路径上的声压级。

基于传播路径的方法则通过模拟气动噪声的传播路径上的声学特性，如反射、衍射、传播衰减等，来计算噪声产生源头的声压级。

下面将对这两类方法进行详细介绍。

基于声源的方法主要有声源模型法和数值模拟法。

声源模型法是指通过对气动噪声产生源头进行物理和数学模型建模，进而计算噪声传播路径上的声压级。

常用的声源模型法包括Point Source Model、Dipole Source Model和Quadrupole Source Model等。

数值模拟法则是通过在计算流体力学基础上，利用声学方程对气动噪声进行数值求解。

数值模拟法具有较高的计算精度和空间分辨率，常用的方法有有限元法、有限差分法和边界元法等。

基于声源的方法依赖于对噪声源头的精确建模，因此对计算精度要求较高，适用于研究气动噪声产生机理和优化设计。

而基于传播路径的方法则更加简化，适用于噪声传播路径复杂、计算量大的情况。

常用的基于传播路径的方法有室内声学计算方法和室外声学计算方法。

室内声学计算方法主要包括几何声学法和统计能量分析法，通过建立室内声学模型，并分析声波在室内的传播和衰减来计算噪声水平。

室外声学计算方法则通过模拟声波在室外的传播路径上的反射、衍射和干涉等特性，计算噪声传播路径上的声压级。

气动噪声数值计算方法的应用主要涉及工程领域的噪声控制和优化设计。

例如，在飞机设计中，通过数值模拟法可以评估不同构型和参数对气动噪声的影响，从而优化飞机的设计。

飞行器气动噪声降噪的研究与实践近年来，飞行器气动噪声越来越成为航空领域研究的热点问题。

气动噪声作为飞行器噪声中相对重要的一环，不仅会影响机舱内外乘客的听觉舒适性，还会影响地面周围人群的生活、工作和休息。

因此，如何有效地降低飞行器气动噪声已成为航空领域研究的重点之一。

一、气动噪声的产生和传播机理飞行器气动噪声的产生和传播机理较为复杂，在大气流场中航空结构表面会受到气流的冲击和摩擦作用，产生空气振动。

这些振动在航空结构内部传播，并传至结构表面随之转化为空气声波，最终传播到远处抵达人体耳朵。

整个过程会伴随着复杂的空气动力学过程，因此气动噪声的降噪方法需要在空气动力学的基础上进行研究。

二、降噪的研究与实践降噪的方法可分为被动和主动两种。

被动降噪包括吸音隔音等方法，主动降噪则是通过激励分布在飞行器表面上的振动源，来抵消噪声的效果，例如采用声学阵列技术实现的自适应噪声控制技术。

采取什么样的方法还需考虑使用场景、客户需求以及性价比等因素。

在实际应用中，飞行器噪声降噪主要应用于关键部位，如机舱内墙、机翼、机身等处。

经过多次试验和优化，现已有一些较为成熟的噪声降噪技术，如各种材料吸音材料和结构隔音技术，以及通过结构形变实现的主动噪声控制技术。

其中，使用隔音材料的方案比较成熟，在早期航空领域中已经开始广泛地应用，如在飞机内部地板、墙壁等结构内贴上吸音海绵、加装吸音面板等方案。

此外，还有机翼表面涂覆静音涂料、避免产生共振的结构设计等多种方法。

三、未来的发展趋势虽然目前飞行器气动噪声降噪方案已经比较成熟，但仍存在着技术和经济方面的限制，需要进一步研究和完善。

未来降噪技术可从以下几个方面进行探索：1.新型材料：开发新型吸音材料，如比重更轻、吸声效果更好的聚合物吸音材料等，以降低将来的生产成本和提高吸音效果。

2.结构设计：合理的结构设计不仅可以起到隔音降噪的作用，还能有效缩小飞行器自重重量和阻力，提高飞行器性能。

3.主动噪声控制技术：结合数字信号处理算法开发更高效的主动噪声控制技术，加强音频信号的去噪、分离等功能。

飞行器设计中的气动噪声控制在现代航空航天领域，飞行器的设计是一项极其复杂且精细的工程，而其中气动噪声控制是一个至关重要的环节。

随着人们对飞行器性能和舒适性要求的不断提高，如何有效地降低气动噪声已经成为了研究者和工程师们关注的焦点。

气动噪声，简单来说，就是由飞行器在飞行过程中与空气相互作用而产生的噪音。

这种噪声不仅会影响乘客的乘坐体验，还可能对飞行器的结构完整性产生潜在威胁，同时也会对周围环境造成噪声污染。

要理解飞行器设计中的气动噪声控制，首先得了解气动噪声产生的原因。

在飞行器飞行时，气流流经机翼、机身、发动机等部件，由于气流的分离、漩涡的形成和湍流的发展等因素，会产生强烈的压力脉动，这些压力脉动以声波的形式向周围传播，就形成了气动噪声。

其中，机翼是产生气动噪声的一个重要部位。

当气流流过机翼时，在机翼的前缘和后缘会发生气流分离现象。

特别是在大迎角飞行时，这种分离更加明显，导致产生大量的漩涡和湍流，从而产生强烈的噪声。

此外，机翼表面的不平整度、缝隙以及翼梢涡等也会增加气动噪声。

机身的形状和表面特征也对气动噪声有显著影响。

机身表面的凸起、凹陷、接缝等不光滑的地方会扰乱气流的流动，产生湍流和压力脉动，进而产生噪声。

另外，飞行器在飞行时，机身周围的边界层也会产生噪声。

发动机是飞行器噪声的另一个主要来源。

发动机内部的风扇、压气机、涡轮等部件在高速旋转时，与气流相互作用会产生强烈的噪声。

特别是发动机的喷流，当高速气流从喷口喷出时，会与周围的大气形成强烈的混合和湍流，产生巨大的噪声。

既然知道了气动噪声产生的原因，那么如何来控制它呢？这就需要从飞行器的设计阶段就开始考虑。

在机翼设计方面，可以采用先进的翼型设计来减少气流分离和漩涡的形成。

例如，采用超临界翼型能够有效地推迟气流分离，降低阻力和噪声。

同时，对机翼进行适当的修形，如增加翼梢小翼，可以减少翼梢涡的强度，从而降低噪声。

另外，采用层流控制技术，保持机翼表面的层流流动，也能够降低噪声。

第二十八届（2012）全国直升机年会论文旋翼气动噪声及声压梯度计算方法研究樊枫史勇杰徐国华招启军（南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室，南京210016）摘要：建立了一个适合于旋翼气动噪声和声压梯度计算的数值方法。

该方法首先采用CFD技术计算得到旋翼流场信息，然后采用Farassat 1A公式和G1 A公式分别得到观察点的气动噪声和声压梯度。

为验证本文方法的正确性，针对UH-1H模型旋翼进行了噪声和声压梯度计算，并与国外计算值进行了对比，两者吻合很好。

同时，还使用Helishape 7A旋翼进行了声压梯度的计算，并与差分方法进行了比较，再次表明了本文方法的有效性。

而且，与差分方法相比，本文方法在计算声压梯度时不受差分步长的影响，因而更加精确。

关键词：旋翼；气动噪声；声压梯度0 引言旋翼气动声学是旋翼技术研究领域的一个重要部分。

先前的研究者对旋翼气动噪声开展了许多理论研究[1-6]及试验研究[7-8]。

然而，之前绝大多数研究都是针对孤立旋翼或尾桨进行的，并未考虑障碍物对声波的干扰。

例如，机身、机翼、涵道和垂尾等都会对旋翼和尾桨的气动噪声特性产生一定的影响，使其噪声幅值、相位以及传播方向性等发生改变。

而实际中，旋翼噪声在传播过程中是一定会受到机身等障碍物干扰的，声散射是障碍物对声波干扰的一种重要形式。

因此，开展旋翼声散射计算方法的研究是具有重要的实际意义和学术价值。

近年来，国外已建立了几种针对气动噪声散射问题的数值计算方法，使用较多且有效的方法是等效源方法[9,10]，但该方法需要使用物体表面的声压速度作为边界条件。

例如，对于刚性散射面，需要满足无穿透声压速度边界条件。

然而，声压速度很难直接求解得到，一般需要通过线性动量方程将声压速度边界条件转化为声压梯度边界条件。

在该方法中，声压梯度的求解是声散射数值计算的关键。

最简单、直接的声压梯度计算方法是数值差分方法，该方法首先计算空间多个点的声压值，然后通过差分公式计算得到目标点的声压梯度。

轻型民用直升机AC311A适航审定状态气动噪声数值模拟作者：张勇勇孙伟曹亚雄来源：《航空科学技术》2020年第04期摘要：针对AC311A轻型民用直升机，开展了适航审定状态的气动噪声数值模拟研究。

其中，采用高效的运动嵌套网格技术模拟旋翼各片桨叶之间以及旋翼/机身/尾桨之间复杂的相对运动关系，并基于CFD/FW-H方程建立了一个适合于直升机全机气动噪声的计算模型。

然后，针对AC311A轻型民用直升机适航审定状态下孤立旋翼和旋翼/机身/尾桨全机系统，计算得到了其流场、气动和噪声特性，分析了该状态下气动干扰对噪声的影响规律。

在此基础上，获得了一些有益的结论。

关键词：直升机；气动噪声；适航审定；数值模拟中图分类号：TB122文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2020.04.005直升机作为一种特殊的运输工具在民用领域得到了长足的发展，被广泛用于救援救护、物质运输等领域。

民用直升机常在人口密集的城区飞行、起降，对周围环境容易产生较大的噪声污染，这也是一直制约其更大规模应用的重要因素[1-3]。

民用直升机的噪声性能也是影响乘客舒适度、提高市场竞争力的重要性能指标。

而轻型民用直升机在旅游观光、私人驾驶、航空摄影等方面都具有广泛的应用前景，对其噪声特性开展研究，具有较好的实际应用价值。

气动噪声是民用直升机适航状态下测量点处的主要噪声成分，而主要声源则是来自于旋翼和尾桨。

此外，机身对旋翼和尾桨的气动干扰对全机气动噪声水平也存在一定影响。

为此，要分析模拟民用直升机适航状态噪声，必须考虑对直升机旋翼/机身/尾桨组合声场的计算。

在国外，Melone等[4]采用自由尾迹方法和FW-H方程针对多个飞行状态下旋翼/尾桨干扰的气动和噪声特性进行了数值分析，得到了气动干扰对旋翼和尾桨气动、噪声特性都有重要影响的结论；Yin等[5]针对BO-105直升机旋翼/尾桨干扰问题进行了计算，并与HeliNOVI项目[6]的试验结果进行了对比，发现尾桨噪声在爬升和高速平飞状态起重要作用，且尾桨噪声对尾桨旋转方向较为敏感。

飞行器气动噪声的控制策略随着航空航天技术的飞速发展，飞行器的速度和性能不断提升，但与此同时，气动噪声问题也日益凸显。

气动噪声不仅会影响飞行器的舒适性，还可能对结构的疲劳寿命和可靠性产生不利影响。

因此，研究飞行器气动噪声的控制策略具有重要的现实意义。

一、飞行器气动噪声的产生机理要有效地控制飞行器气动噪声，首先需要了解其产生的机理。

飞行器在飞行过程中，周围的气流与飞行器表面相互作用，产生了复杂的流动现象，如湍流、分离流、激波等。

这些流动现象会导致压力的脉动和速度的变化，从而向外辐射噪声。

湍流是气动噪声的主要来源之一。

当气流变得紊乱和不稳定时，会形成大量的小尺度涡旋，这些涡旋的相互作用和破裂会产生高频噪声。

分离流则通常发生在飞行器表面的不连续处，如机翼的后缘、发动机进气口等，分离流引起的压力波动会产生中低频噪声。

激波是当飞行器飞行速度超过音速时产生的，激波与边界层的相互作用以及激波的不稳定会产生强烈的噪声。

二、飞行器气动噪声的控制策略（一）优化飞行器外形设计飞行器的外形对气动噪声的产生有着重要影响。

通过采用流线型设计，可以减少气流的分离和湍流的产生，从而降低噪声。

例如，在机翼设计中，采用后掠翼、超临界翼型等可以有效地减小气动阻力和噪声。

另外，对飞行器的边缘进行修形也是一种有效的降噪方法。

比如将机翼的后缘设计成锯齿状或圆滑的形状，可以减少气流在边缘处的分离和漩涡的形成，降低噪声辐射。

（二）应用声学衬垫和吸声材料在飞行器的内部，如发动机舱、客舱等部位，可以使用声学衬垫和吸声材料来吸收噪声。

声学衬垫通常由多孔材料制成，能够有效地吸收中高频噪声。

吸声材料则可以通过将声能转化为热能来降低噪声的传播。

在选择声学衬垫和吸声材料时，需要考虑其声学性能、重量、防火性能等因素，以确保在降低噪声的同时不影响飞行器的整体性能。

（三）主动噪声控制技术主动噪声控制技术是一种通过发射与噪声相位相反的声波来抵消噪声的方法。

在飞行器中，可以在发动机进气道、排气道等部位安装传感器和扬声器，实时监测噪声并发出反相声波，从而达到降噪的目的。

飞行器设计中的气动噪声控制技术在现代航空航天领域，飞行器的设计不断追求更高的性能、效率和舒适性。

然而，伴随着飞行器速度的提高和尺寸的增大，气动噪声问题日益凸显。

气动噪声不仅会影响飞行器的舒适性，还可能对结构的疲劳寿命和隐身性能产生不利影响。

因此，在飞行器设计中，有效地控制气动噪声成为了一个至关重要的研究课题。

气动噪声的产生源于复杂的流体流动现象。

当气流流经飞行器表面时，由于流动的分离、湍流的产生以及与周围介质的相互作用，会产生压力波动，这些压力波动以声波的形式向外传播，从而形成气动噪声。

例如，飞机的机翼、发动机进气道、起落架等部位都是常见的气动噪声源。

为了控制飞行器的气动噪声，研究人员采取了多种策略和技术。

其中，优化飞行器的外形设计是一个重要的手段。

通过采用流线型的外形、减少尖锐的边缘和拐角，可以降低气流的分离和湍流强度，从而减少噪声的产生。

例如，现代客机的机翼通常采用了超临界翼型，这种翼型能够有效地延迟气流的分离，降低阻力和噪声。

在发动机的设计中，进气道和风扇叶片的优化对于降低噪声也起着关键作用。

采用合适的叶片形状、间距和转速，可以减少气流的扰动和涡流的形成，从而降低风扇噪声。

此外，在发动机内部采用吸音材料和声学衬套，也能够有效地吸收和衰减噪声。

另外，流动控制技术在气动噪声控制中也展现出了巨大的潜力。

例如，通过在飞行器表面布置微小的喷气装置或等离子体激励器，可以主动地控制气流的流动状态，抑制湍流的发展，从而降低噪声。

还有，边界层吹吸技术通过在飞行器表面吹入或吸出气流，改变边界层的特性，也能够减少噪声的产生。

在材料的选择方面，使用具有吸声和隔音性能的材料也是降低气动噪声的有效途径。

例如，在飞行器的舱内使用吸音棉、隔音板等材料，可以有效地降低传入舱内的噪声，提高乘客的舒适性。

数值模拟技术在飞行器气动噪声的研究和控制中发挥了重要作用。

通过建立精确的数学模型和使用高性能的计算设备，可以对飞行器周围的流场和噪声场进行模拟和预测。