螺旋桨低频振动声辐射特性研究——水母模态

[目的]发现了一种螺旋桨噪声新成分——螺旋桨低频弹性被激发而形成的声辐射,特别是桨叶同相模态被激发引起的强烈声辐射,我们称之为“水母模态”,由其激发诱导的推进器轴系艇体系统低频窄带声辐射,并称为“水母效应”。为揭示其形成机理,开展螺旋桨低频固有振动特性研究。[方法]基于精细网格有限元方法分析螺旋桨的模态特征,得到空气和水介质中螺旋桨模态特性以及桨叶失谐对模态特性的影响规律;引用循环对称结构振动理论,对数值计算结果予以进一步验证。[结果]结果表明,在空气和水介质中,螺旋桨振动模态具有分组特征以及组内呈现出单频、重频模态的特征;桨叶失谐对重频模态影响较大而对单频模态/振型影响较小;精细化有限元计算结果与循环对称结构理论分析一致。[结论]本研究揭示了螺旋桨的低频模态特性,为螺旋桨低频噪声机理分析和控制提供了理论支撑,具有理论和工程应用价值。

压气机叶栅非定常分离流动的模态分解方法对比研究

以某高负荷压气机叶栅为研究对象,应用模态分解方法研究叶栅附面层分离所产生的旋涡结构形式和波动频率特征,获得了叶栅非定常流动的主导模态和动态行为,探讨了3种模态分解方法(本征正交分解(POD)、动态模态分解(DMD)和谱本征正交分解(SPOD))在叶栅流动特征识别的差异性。研究结果表明:①POD方法准确提取叶栅分离流动主要空间结构,但模态系数存在多频率耦合问题,导致对于叶栅流动的主导模态特征无法清晰识别;②标准DMD方法可以获得叶栅流动时空单频模态,及其增长率和频率,但是该方法捕捉到流场大衰减率的大振幅次优模态,未能获得高频相干结构,导致无法用有限的模态数得到主导特征;③基于谱特征的SPOD方法能够获得时空单频模态,且不存在模态筛选问题,谱估计方法的使用降低了对数值噪声的敏感性,同时该方法获得了叶栅流动的低秩行为,有助于增强对叶栅流动机理的理解。因此,对高负荷压气机叶栅分离流动进行模态分析时,SPOD方法更具优势。