小攻角下锯齿尾缘翼型噪声控制与机理分析

受猫头鹰寂静飞行能力的启发,锯齿尾缘设计被认为是一种有效的控制湍流边界层-尾缘干涉噪声的方法。本文采用隐式大涡模拟法,详细研究了嵌入式锯齿尾缘对NACA 0012翼型绕流的近场流动和噪声特性的影响,雷诺数为9.6×10^(4),远场马赫数为0.1631,攻角为4°,计算采用的非结构化网格具有约7000万的自由度。在实际计算时,为促进流动快速转捩,在直尾缘和锯齿尾缘算例的翼型表面均布置了锯齿形粗糙元转捩带。研究结果表明:相比于0°攻角状态,4?攻角下的噪声辐射增强,主辐射方向发生偏转,在该方向上锯齿尾缘实现了约2.5 dB的降噪,且在小攻角(4°)下,锯齿也会诱导出有利于降噪的侧边涡对结构。针对壁面压力脉动的分析表明:锯齿主要改变了尾缘附近的时空关联特性,且压力场不能直接由现有针对速度场的Taylor或椭圆近似模型定量描述;此外,锯齿在抑制尾缘噪声的同时,对翼型气动性能造成了一定损失。

低速矩形射流近场压力结构大涡模拟研究

采用大涡模拟方法对宽高比为1.375、马赫数为0.2888的低速开放矩形射流进行了数值模拟,通过监测点压力信号的频谱信息与动力学模态分解(DMD)对近场压力脉动特性进行了分析。当矩形射流基于远场声速与喷管高度的雷诺数Re=5×10^(4)时,频谱分析结果表明近场压力脉动的主要频率处于5~10Hz,其主要与射流剪切层中剪切层Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性和涡的非线性相互作用有关。DMD结果表明,低频压力脉动主要的空间相干结构呈沿流向分布且流向尺寸与喷管高度处于同一量级的环状结构。此外,分别对相同雷诺数的平板射流与相同宽高比下Re=5×10^(5)的矩形射流进行了数值模拟,进一步研究了矩形喷管宽高比和雷诺数对近场压力脉动的影响。研究发现,雷诺数的增加对射流近场的压力脉动频率分布影响较小,但平板射流中小于5Hz的低频成分相对更多,这是因为剪切层失稳过程相干性更强。不同雷诺数下矩形射流近场的压力脉动空间结构基本相同,近场的低频压力脉动为无黏机制主导。低频压力脉动易与风洞中的结构设备产生共振,对试验测量也有不利影响,了解射流的近场压力脉动特征对风洞的设计具有一定的参考价值。