可变形状空腔噪声的数值仿真研究

空腔流动现象存在于各类航空飞行器中,由其引发的高强空腔噪声极易诱发空腔内结构共振而导致腔内元器件声疲劳破坏,因此针对空腔噪声的产生机理及有效控制方法的研究具有重要的工程实际意义。提出一种新型的可变形状空腔噪声主动控制方法:使用安装于空腔内的机械装置调节空腔底面及后壁面的倾斜角度,实现随着流速的变化,改变空腔形状,以期有效改善空腔内的强噪声环境。采用大涡模拟结合计算气动噪声计算方法对典型开式空腔进行数值仿真。研究发现,随着后壁面倾斜角α的增大,纯音噪声主模态的声压级幅值随之降低,主模态频率会出现跳跃式上升。另外,研究还发现α角的增大对马赫数0. 6时纯音噪声主模态声压级幅值的降低作用显著于马赫数0. 85时;α角的增大对马赫数0. 85时纯音噪声主模态频率的升高作用却比马赫数0. 6时更为明显。可变形状空腔噪声主动控制方法不仅可以显著降低纯音噪声主模态声压级幅值,还可使得纯音噪声模态频率升高,从而避开空腔结构的固有频率以避免腔体发生共振破坏。研究工作为扩展可变形状空腔噪声主动控制的工程应用奠定了良好的理论基础。

多孔材料对空腔噪声抑制效果研究

研究马赫数为0.85的条件下,空腔的壁板使用多孔材料对空腔噪声和空腔流动的影响。利用大涡模拟(LES)来预测空腔内的流体流动,考虑到多孔材料对湍流的影响由渗透性损失和内部损失两部分组成,使用Ergun半经验公式来预测这两部分的影响,再结合LES湍流模型可以预测多孔材料内的流体流动。研究结果表明,空腔的前壁、后壁、底板使用多孔材料均可以改善空腔内的流场,并且可以抑制空腔噪声,其中空腔底板使用多孔材料对空腔噪声的抑制效果最为显著,可以使得空腔后部的总声压级降低3 dB以上。

形状变化对空腔噪声的抑制效果

针对空腔噪声问题,为进一步探究空腔形状变化对空腔噪声的抑制效果,采用大涡模拟与计算气动声学相结合的方法对典型空腔结构进行数值仿真研究。研究发现,随着空腔前壁倾斜角β的增大,空腔噪声主模态声压级整体呈下降趋势,但两者并非线性关系,并且空腔噪声总声压级也会随之降低。此外,当空腔前壁倾斜角β增大至一定值时,空腔噪声主模态频率会大幅向低频部分移动。空腔噪声主模态声压级和总声压级的降低以及主模态频率的大幅移动会有效改善空腔内的强噪声环境,避免空腔结构及腔内武器装备发生声疲劳破坏。

反推火箭口盖的可靠性设计及试验研究

为了增大飞行器速度,改善总体性能,提高运载能力,发动机完成任务后需要和头部分离以减小负载,需要反推火箭产生一个同火箭运动方向相反的力使分离顺利完成[1]。反推火箭安装于尾舱中,尾舱和发动机整体分离,在舱段分离之前,反推火箭的口盖需首先完成与尾舱分离。分离过程环境复杂、条件恶劣,所以需提高分离时的可靠性和精确性。本文针对反推火箭口盖分离的情况,设计了一种可靠的分离方案,并对其进行了最优化分析。通过分离状态的模拟仿真和地面分离试验,结合试验后口盖的破坏情况及分离状态,完成了反推火箭口盖的可靠性分析,为结构可靠性设计积累了数据。