民用客机增升装置气动噪声研究进展

2022年第2期总第145期2022 No. 2Sum No. 145民用飞机设计与研究Civil Aircraft Design & Researchhttp ： //myfj. cnjournals. com myfj_sadri@comac. cc (029)20866796DOI ： 10.19416/j. cnki. 1674 -9704.2022.02.006大型客机缝翼滑轨系统气动噪声数值研究王勤超1李伟鹏1司江涛2王文虎2(1.上海交通大学，上海200240 ； 2.上海飞机设计研究院，上海201210)摘 要：采用非定常DDES 方法研究了缝翼滑轨系统的时均流动特性和瞬态流动特性,并进一步采用FW-H 方法对其远场气动噪声特性进行了评估分析。

计算结果表明：1)相比无轨无舱构型，有轨无舱构型在滑轨根部上方出现了流场强脉动区。

有 轨有舱构型则进一步在滑轨舱内和主翼上翼面出现了更大的流场强脉动区;2)滑轨周围出现了类似方柱绕流的弦向涡对结构，并沿着机翼弦向不断扩张，而后受到滑轨舱空腔壁面的限制和挤压，最终破碎为大量的小涡并耗散消失;3)在展向对称面 上,无轨无舱构型接近于典型的偶极子噪声;有轨无舱构型也接近于偶极子噪声，其主轴方向稍沿顺时针转动;有轨有舱构型 则表现出非对称性;4)在270。

方位角，滑轨和滑轨舱带来的总声压级增量分别为7 dB 左右和2 dB 左右。

关键词：缝翼滑轨系统;气动噪声;DDES ；FW-H 中图分类号：V224 + .5文献标识码：A OSID ：0引言对于增升装置噪声，缝翼噪声和襟翼侧缘噪声是学术界研究的重点，也是各种降噪技术的首要考虑对象。

实际上，大型客机的增升装置相当复杂，包 括缝翼滑轨、襟翼滑轨和缝翼侧缘等附属结构。

其中，缝翼滑轨的尺寸相对很小，对增升装置气动性能的影响有限，过去常常被认为是无关紧要的细节。

然而，近年的研究对增升装置各部件的噪声贡献进行了更为精细的排序，从大到小依次为［1］：缝翼、缝翼滑轨、缝翼内侧缘、襟翼侧缘和襟翼滑轨。

相阵列技术在民机机体气动噪声研究中的应用周家检;郝璇;张卫民;陈大斌【摘要】Microphone phased array technique is one of the most important means of the air-frame noise research.Microphone phased array technique was investigated to study the airfame noise in closed wind tunnels.An array optimization method was developed for the aeroacoustic measurement in closed wind tunnels,and the arrays for surveying high lift noise and landing gear noise are designed separately.Based on the phased array technique,the noise of scaled high lift device and landing gear of a civil airplane are surveyed in the closed wind tunnel.It can be conclu-ded from the experiment results that the major noise sources are identified by the phased array technique and the efficiency of the noise reduction are verified.%麦克风相阵列测量技术是进行民机机体气动噪声研究的主要手段。

针对民机机体气动噪声，开展了闭口风洞麦克风相阵列测量技术研究。

机体增升构型⽓动噪声数值分析机体增升构型⽓动噪声数值分析刘⽂，詹福良（西门⼦⼯业软件（北京）有限公司，北京）摘要：本⽂采⽤CFD结合有限元声学计算的⽅式对⼆维机体增升构型进⾏了外部辐射噪声的仿真计算。

通过与CFD近场计算结果的对标，验证该混合计算⽅法可以有效地计算机体辐射噪声。

有限元声学分析的结果与CFD计算结果进⾏⽐较分析了机体增升装置产⽣的机理。

通过⽹格敏感性分析，进⼀步验证采⽤⾃适应有限元技术（FEMAO）可以在保证计算精度的基础上⼤⼤降低对⼤规模⽹格的依赖，极⼤提⾼仿真效率。

关键词：⽓动噪声、增升构型、有限元0.引⾔在飞机的起飞和着落过程中，特别是当飞机的起落架以及增升装置打开以后，机体的⽓动噪声会⾮常的显著，成为飞机的主要噪声源之⼀。

在过去的20多年⾥，国内外开展了⼤量针对飞机增升装置⽓动噪声问题的数值仿真研究，⽽研究的重点主要集中在飞机的前缘缝翼和后缘襟翼噪声，如图1所⽰。

前缘缝翼噪声的研究主要包括对不同形式的Navier-Stokes⽅程的求解（如RANS、URANS、LES等）以确定噪声源[1-5]，并基于FW-H⽅程[6]预测远场辐射噪声[2，3，7]。

⽬前的研究成果认为缝翼的噪声主要来源于缝翼下缘分离的含涡旋结构剪切层与下游凹槽下表⾯之间的相互作⽤，以及缝翼后缘的⾮稳态涡脱落两个部分。

襟翼噪声的数值仿真也采⽤类似的基于声拟理论的⽅法[8-10]，并且研究认为襟翼的噪声主要来源于上游涡旋流与襟翼上表⾯之间的相互作⽤，以及涡旋流中的湍流加速[11]。

图表1：机翼増升装置典型流场⽰意图本⽂将基于标准的30P30N三段翼型⼏何，采⽤CFD结合FEM⽅法分析机体外部噪声特性。

1.数值仿真模型本⽂中采⽤的简化模型是标准30P30N三段增升构型，包含前缘缝翼、主翼以及后缘襟翼。

其中缝翼和襟翼的偏⾓都为30o,弦长（L）为0.558⽶。

前缘缝道的宽度为2.95%，外伸量为-2.5%，后缘缝道的宽度为1.27%，外伸量为0.25%，是典型的着陆构型。

飞行器气动声学特性的研究在现代航空航天领域，飞行器的设计与发展面临着诸多挑战，其中气动声学特性的研究占据着重要的地位。

气动声学不仅关系到飞行器的舒适性和安全性，还对其性能和效率产生着深远的影响。

要理解飞行器的气动声学特性，首先得搞清楚什么是气动声学。

简单来说，气动声学就是研究物体在流体（比如空气）中运动时产生的声音现象及其相关原理的学科。

当飞行器在空气中飞行时，由于其外形和运动状态的复杂性，会与周围的空气相互作用，从而产生各种复杂的气流现象，这些气流现象进而引发声音的产生。

飞行器产生的噪声主要有两大类：一是发动机噪声，二是空气动力噪声。

发动机噪声主要来源于燃烧过程、涡轮旋转等部件的机械运动；而空气动力噪声则是由于飞行器表面的气流分离、湍流、激波等现象导致的。

对于发动机噪声，随着技术的不断进步，如今的发动机设计已经在降噪方面取得了显著的成果。

例如，通过优化燃烧过程、采用先进的涡轮叶片设计以及使用消声材料等手段，能够有效地降低发动机的噪声水平。

然而，空气动力噪声的控制却要复杂得多。

空气动力噪声的产生机制十分复杂。

当飞行器表面的气流出现分离时，会形成不稳定的涡旋结构，这些涡旋在不断的演化和相互作用过程中会产生噪声。

此外，当飞行器的速度接近或超过音速时，会产生激波，激波与边界层的相互作用也会产生强烈的噪声。

湍流则是另一个重要的噪声源，它会导致气流压力和速度的快速变化，从而引发噪声。

为了研究飞行器的气动声学特性，科学家们采用了多种方法和技术。

实验研究是其中非常重要的一种手段。

通过在风洞中进行模型试验，可以模拟飞行器在真实飞行中的气流状况，并测量噪声的强度和频谱特征。

在实验中，会使用各种先进的测量设备，如麦克风阵列、激光测速仪等，以获取准确的噪声数据和气流信息。

然而，实验研究往往受到成本、时间和条件的限制。

因此，数值模拟方法在飞行器气动声学研究中也发挥着越来越重要的作用。

数值模拟通过建立数学模型和使用计算机求解流体力学和声学方程，能够预测飞行器周围的气流场和噪声分布。

航空器气动噪声源及其控制在现代航空领域，随着飞行器速度的不断提高和航空运输业的蓬勃发展，航空器气动噪声问题日益凸显。

气动噪声不仅会影响乘客的舒适度，还对周边环境造成噪音污染。

因此，深入研究航空器气动噪声源及其控制方法具有重要的现实意义。

航空器的气动噪声源主要来自于几个关键部位和流动现象。

首先是飞机的发动机，这是一个主要的噪声源。

发动机内部的高速旋转部件，如风扇、压气机和涡轮，与气流相互作用产生强烈的噪声。

特别是在起飞和降落阶段，发动机处于高功率运行状态，噪声尤为显著。

机翼也是产生气动噪声的重要部位。

当气流流过机翼时，会在机翼表面形成边界层。

边界层内的气流不稳定，容易产生湍流，从而引发噪声。

此外，机翼在飞行中产生的升力也会导致气流的分离和漩涡的形成，这些漩涡的运动和破裂会产生噪声。

起落架在飞机起降过程中同样会产生噪声。

起落架与气流的相互作用，以及起落架部件之间的摩擦和振动，都会向周围环境辐射噪声。

对于航空器气动噪声的控制，工程技术人员采取了多种策略。

从源头控制的角度来看，优化飞机的外形设计是一个重要的方法。

例如，采用更流线型的机身和机翼形状，可以减少气流分离和湍流的产生，从而降低噪声。

对发动机的风扇叶片和压气机叶片进行优化设计，使其形状更加符合空气动力学原理，能够减少气流的扰动和噪声的生成。

在传播路径上控制噪声也是一种有效的手段。

通过使用吸声和隔声材料，可以降低噪声在机身内部和外部的传播。

在发动机舱和机舱内部安装声学衬垫，能够吸收和反射噪声，减少噪声对乘客和机组人员的影响。

主动控制技术在航空器气动噪声控制中也逐渐崭露头角。

主动降噪系统通过传感器监测噪声源的特征，然后利用控制系统产生与之相反的声波，从而实现噪声的抵消和降低。

此外，飞行操作的优化也能在一定程度上减少噪声。

合理规划飞行航线和飞行高度，避免在人口密集区域低空飞行，可以降低噪声对地面的影响。

在未来，随着航空技术的不断进步和对环境要求的日益严格，航空器气动噪声控制将面临更多的挑战和机遇。

一种基于物理机制的飞机增升装置气动噪声快速预测方法研究李卿; 王宇航【期刊名称】《《航空科学技术》》【年(卷),期】2019(030)007【总页数】7页(P20-26)【关键词】增升装置; 气动噪声; 物理机制; 快速预测方法【作者】李卿; 王宇航【作者单位】中国航空研究院北京100012【正文语种】中文【中图分类】TB53飞机的噪声源通常分为推进系统噪声源和机体噪声源。

航空发动机慢车功率工作时机体噪声强度会超过发动机噪声，增升装置和起落架产生的气动噪声是机体噪声的重要来源[1]。

美国国家航空航天局（NASA）从20世纪70年代初就相继开展了“先进亚声技术AST”“安静飞机技术QAT”等研究项目[2]，对高升力构型开展了噪声试验，发展了机体噪声预测的经验方法。

20世纪90年代，空客公司在德荷DNW风洞中采用麦克风相阵列技术开展了A380 型号飞机的噪声试验，应用新的降噪技术，A380飞机在起降过程中噪声强度比同类大型飞机降低一半[1]。

NASA兰利中心的飞机噪声预测计划ANOPP在很大程度上依赖于半经验方法。

近年来通过麦克风相阵列技术已测得大量模型和全尺寸飞行器的噪声试验数据，提高了半经验方法的计算精度[3]。

波音公司对777型号飞机的三个不同缩比模型进行了噪声试验研究，Guo YuePing提出了一种基于噪声产生物理机制的预测方法[4]。

传统的噪声预测方法主要包含纯理论方法、纯数值方法、混合方法[5]，采用纯理论方法对物理现象建模的真实度不高，纯数值方法的工程实用性不强，采用混合方法对近流场非定常流动的计算量巨大、计算时间长。

尽管麦克风相阵列技术是机体气动噪声预测与控制研究中最常用和可行的预测技术，但是在概念设计和选型阶段开展大量试验的花费很高[1]。

近年来国际民航组织发布了更加严格的噪声适航标准[6]，美国联邦航空局（FAA）从2018年1月1日起对新提交适航审查的飞机采用新的噪声标准，称为第5 阶段飞机噪声标准，要求新设计的亚声速飞机噪声比第4 阶段噪声标准降低7dB[7]。

航空器噪声控制技术的研究与应用随着航空运输业的迅速发展，航空器噪声问题日益凸显。

航空器噪声不仅对机场周边居民的生活产生影响，还可能对生态环境造成一定的破坏。

因此，航空器噪声控制技术的研究与应用具有重要的现实意义。

航空器噪声的产生主要源于发动机、空气动力和机体结构等方面。

发动机噪声是航空器噪声的主要来源之一，包括风扇噪声、压气机噪声、燃烧室噪声和涡轮噪声等。

空气动力噪声则是由于气流与飞机表面相互作用产生的，如机翼、尾翼和起落架等部位的气流噪声。

机体结构噪声则是由于飞机结构在飞行过程中的振动所引起的。

为了控制航空器噪声，研究人员采取了多种技术手段。

在发动机方面，改进发动机的设计和制造工艺是降低噪声的关键。

例如，采用新型的风扇叶片设计，如掠形叶片和宽弦叶片，可以减少风扇噪声。

优化压气机和涡轮的叶片形状和级数，提高燃烧效率，也有助于降低发动机内部的噪声。

此外，使用消声器和吸音材料来降低发动机的排气噪声也是一种常见的方法。

在空气动力方面，通过优化飞机的外形设计可以减少空气动力噪声。

采用流线型的机身、机翼和尾翼，减少气流分离和湍流的产生，能够降低噪声水平。

另外，在飞机的表面使用特殊的涂层和材料，以降低气流与表面的摩擦阻力，也能起到降噪的作用。

对于机体结构噪声，加强飞机结构的刚度和阻尼是有效的控制方法。

采用先进的复合材料和结构优化设计，减少结构振动的传递和辐射。

同时，在飞机内部安装隔音和吸音装置，如隔音棉和吸音板，可以降低噪声在机舱内的传播。

除了在航空器设计和制造阶段采取降噪措施，在机场运营和管理方面也可以进行噪声控制。

例如，合理规划机场的跑道布局和航班起降时间，避免航空器在人口密集区域上空频繁飞行。

采用噪声监测系统，对机场周边的噪声水平进行实时监测和评估，以便及时采取相应的控制措施。

在噪声控制技术的应用方面，一些新型的技术和方法也在不断涌现。

例如，主动噪声控制技术通过发射与噪声相位相反的声波来抵消噪声，具有很大的发展潜力。

航空器的气动噪声控制技术在现代航空领域，随着航空运输业的迅速发展以及人们对飞行舒适性和环境保护的要求不断提高，航空器的气动噪声问题日益受到关注。

气动噪声不仅会影响乘客的乘坐体验，还可能对周边环境造成噪音污染。

因此，深入研究和应用有效的气动噪声控制技术显得尤为重要。

要理解航空器的气动噪声，首先得明白其产生的原理。

当航空器在空气中高速飞行时，气流与飞机表面、发动机部件等相互作用，产生复杂的流动现象，从而引发噪声。

其中，最主要的噪声源包括飞机的机翼、机身、发动机进气和排气等部位。

对于机翼产生的噪声，主要有两种机制。

一是边界层湍流噪声，这是由于机翼表面的空气流动不稳定，形成湍流，产生压力脉动而发出的噪声。

二是翼尖涡噪声，当机翼在空气中运动时，翼尖处会形成涡旋，这些涡旋的相互作用和不稳定运动会产生强烈的噪声。

为了控制机翼噪声，工程师们采取了多种措施。

比如优化机翼的外形设计，通过采用后掠翼、超临界翼型等，可以改善气流的流动状态，减少湍流和涡旋的产生，从而降低噪声。

另外，在机翼表面使用特殊的材料或涂层，也能够吸收和减弱噪声的传播。

机身产生的噪声主要来自于气流与机身表面的摩擦以及机身表面的凸起和凹陷等不平整部位。

为了降低机身噪声，一方面要使机身的外形更加流线型，减少气流的阻力和分离，从而降低摩擦噪声。

另一方面，可以在机身表面采用吸声材料或者设置消声结构，来吸收和散射噪声。

发动机是航空器噪声的重要来源之一。

在发动机进气部分，高速气流进入进气道时会产生强烈的噪声。

为了控制进气噪声，可以采用进气道的声学设计，如优化进气道的形状和尺寸，安装消声器等。

在发动机排气部分，高温高压的燃气高速喷出，产生巨大的噪声。

目前，常用的排气噪声控制方法包括使用消声器、优化喷管设计以及采用特殊的排气流场控制技术等。

除了对航空器的部件进行单独的噪声控制，还可以从整个航空器的布局和飞行状态方面进行优化。

例如，合理安排发动机的位置和数量，避免噪声的叠加和增强。

大型客机增升装置噪声机理与噪声控制综述李伟鹏【摘要】High-lift device noise has been identified as a major noise source during aircraft approach and landing.Reviews on the noise generation mechanism and noise control methods of the high-lift device noise are conducted.Challenges in understanding the physical mechanism of the noise generation and implementing effective noise control has been pointed out.We performed high-fidelity large-eddy simulations for flow past the slat,flap trailing-edge and flap side-edge separately.Based on phase-averaging analysis,proper orthogonal decomposition(POD),dynamic mode decomposition (DMD),and two-point correlations,we increase insights on the underlying physics of the high-lift device noise.The results are expected to guide the design of high efficient noise control approaches.%增升装置噪声是大型客机起降阶段总体噪声水平的重要组成部分.本文综述分析了增升装置噪声机理与噪声控制方法,指出了当前增升装置噪声研究中存在的几个关键难题.开展了高可靠性大涡模拟数值计算,利用相平均、本征正交分解、动态模态分解和相关性分析等方法,对缝翼噪声、襟翼尾缘噪声和襟翼侧缘噪声机理进行了深入研究,增强了对增升装置噪声机理的认识,研究结果有助于指导高效噪声控制方法设计.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2018(036)003【总页数】14页(P372-384,409)【关键词】增升装置噪声;噪声机理;噪声控制【作者】李伟鹏【作者单位】上海交通大学航空航天学院,上海 200240【正文语种】中文【中图分类】O427.4;V2240 引言气动噪声问题是大型客机研制过程中的关键问题之一，直接关系到大型客机的适航、环保性(声污染)和安全性(声疲劳)。

航空器的气动声学性能研究在现代航空领域，航空器的气动声学性能研究成为了一个至关重要的课题。

随着航空运输业的迅速发展，人们对于飞行的舒适性、环保性以及航空器的安全性都提出了更高的要求。

而气动声学性能直接关系到航空器在飞行过程中产生的噪音水平，这不仅影响着乘客的乘坐体验，也对周边环境产生着不可忽视的影响。

首先，让我们来了解一下什么是气动声学。

简单来说，气动声学是研究流体流动与声音产生和传播之间相互关系的学科。

在航空器中，当气流流经机翼、机身、发动机等部件时，会产生复杂的流动现象，如湍流、分离流等，这些流动现象会导致压力的波动，从而产生声音。

航空器的气动声学性能受到多种因素的影响。

其中，航空器的外形设计是一个关键因素。

例如，机翼的形状、展弦比、后掠角等参数都会对气流的流动特性产生影响，进而影响噪音的产生。

较薄的机翼通常能够减少气流分离，降低噪音；而适当增加后掠角可以减小激波的强度，从而降低激波噪音。

发动机也是产生噪音的一个重要来源。

现代航空发动机通常采用高涵道比的设计，以降低风扇和核心机产生的噪音。

此外，发动机内部的气流流动、叶片的形状和旋转速度等都会对噪音水平产生影响。

通过优化发动机的进气道和排气道设计，以及采用先进的降噪技术，如消声器和吸音材料，可以有效地降低发动机噪音。

另一个影响因素是飞行速度和高度。

随着飞行速度的增加，气流与航空器表面的相互作用变得更加剧烈，从而导致噪音增大。

而在不同的飞行高度，大气压力和温度的变化也会对声音的传播产生影响。

为了研究航空器的气动声学性能，研究人员采用了多种方法和技术。

数值模拟是一种常用的手段。

通过建立数学模型，利用计算机对航空器周围的气流流动和声音传播进行模拟，可以在设计阶段就对航空器的气动声学性能进行评估和优化。

风洞试验也是不可或缺的研究方法。

在风洞中，可以模拟不同的飞行条件，测量航空器模型产生的噪音，并观察气流的流动情况。

在实际应用中，降低航空器噪音对于改善航空环境具有重要意义。